Поверка средств измерений

Министерство образования Российской Федерации
КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ им. А.Н.ТУПОЛЕВА
ПОВЕРКА СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ
Лабораторный практикум
Казань 2014
Министерство образования Российской Федерации
КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ им. А.Н.ТУПОЛЕВА
Кафедра электронного приборостроения
ПОВЕРКА СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ
Лабораторный практикум по курсу
“Прикладная метрология, стандартизация и сертификация”
Казань 2014
Составитель: старший преподаватель И.А. Горбунов
УДК 621.313.13, 621.317.75
Поверка средств измерений: Лабораторный практикум по курсу «Прикладная метрология, стандартизация и сертификация»/Казан. гос. техн. ун-т;
Сост. старший преподаватель И.А. Горбунов, Казань, 2014 г./.
Рассматриваются вопросы выполнения лабораторных работ по поверке
средств измерений в соответствии с существующей научно-технической документацией. Предназначено для специальности 200700 «Радиотехника», специализация «Информационно-измерительная техника».
Табл. 12 . Ил. 3 . Библиог.: 16 назв.
Рецензент: к.т.н. М.И. Нургалиев. Кафедра теоретической радиотехники и
электроники.
3
Целью работы является овладение студентами практических навыков при
проведении поверочных и калибровочных работ, а также правил оформления
протоколов поверки и калибровки средств измерений.
ЧАСТЬ I. ПОВЕРКА ГЕНЕРАТОРОВ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ
1. ЗАДАНИЕ
Перед выполнением работы студенту необходимо:
1.1. Изучить функциональную схему поверяемого генератора низкой частоты (ГНЧ) и назначение его составных узлов, используя при этом техническое описание на поверяемый ГНЧ и рекомендуемую литературу.
1.2. Ознакомиться с ГОСТ 8.314–78.
1.3. Ознакомиться с техническими и метрологическими характеристиками
(параметрами) поверяемого ГНЧ и величинами допустимых погрешностей, при
которых может быть обеспечена нормальная работа ГНЧ.
1.4. Ознакомиться с техническими описаниями на образцовые средства
измерений.
1.5. Подготовить рабочее место к выполнению лабораторной работы:
– подвести питание к поверяемому ГНЧ и средствам его поверки;
– провести внешний осмотр в соответствии с ГОСТ 8.314–78.
1.6. Провести поверку ГНЧ в соответствии с ГОСТ 8.314–78.
2. ОПЕРАЦИИ ПОВЕРКИ
Стандартом 8.314–78 предусмотрены следующие операции:
2.1. Проверка исправности – опробование.
2.2. Определение погрешности установки частоты по шкале частот.
4
2.3. Определение погрешности установки частоты по шкале интерполяции.
2.4. Определение нестабильности частоты.
2.5. Определение погрешности установки выходного напряжения.
2.6. Определение погрешности выходного регулятора (ослабителя, делителя) напряжения.
2.7. Определение коэффициента гармоник выходного напряжения.
3. СРЕДСТВА ПОВЕРКИ
В качестве средств поверки параметров ГНЧ, которые позволяют определить поверяемый параметр с погрешностью, составляющей не более одной трети допустимой, используются следующие образцовые приборы:
3.1. Для определения частотных погрешностей – электронно-счетный частотомер (ЭСЧ) типа Ч3-24 (или Ч3-41). Погрешность измерения частоты 
110-8  1 счета. Диапазон измеряемых частот 10 Гц  200 МГц. Используется
при операциях поверки 2.2, 2.3 и 2.4.
3.2. Для определения погрешностей выходных напряжений – электронный
вольтметр типа В3-24 или аналогичный. Его основные технические характеристики:
 диапазон измерения напряжения 10 мВ  100 В;
 диапазон частот 20 Гц  1 ГГц;
 погрешность измерения, зависят от частоты измеряемого сигнала, в следующих пределах:
– на частотах 20Гц  10МГц составляет  0,2 В + В;
– на частотах 300  500 МГц составляет  2,5 В + В;
– на частотах 900  1000МГц составляет  4,0 В + В,
где В 
0,08
, В; при условии индивидуальной аттестации.
U вх
Вольтметр В3-24 используется при операциях поверки 2.5 и 2.6.
3.3. Образцовый измеритель коэффициента гармоник типа С6-5 – (ИНИ –
измеритель нелинейных искажений). Известно, что идеальную форму синусоидального сигнала радиотехническими средствами получить нельзя из-за наличия в схемах формирования синусоиды нелинейных элементов. Сформулированный синусоидальный сигнал всегда будет искажен, то есть иметь форму, несколько отличную от идеальной синусоиды, и степень этого отличия определяется коэффициентом гармоник. Всякий сложный периодический сигнал может
быть, согласно теореме Фурье, представлен суммой гармонических составляющих:
5

U (t )   U n ( ) cos( nt   n ) ,
(3.1)
n 0
где, кроме основной частоты первой гармоники U1(), в сигнале присутствуют
ряд ее гармонических составляющих с различными амплитудами и частотами,
кратными основной.
Коэффициент гармоник есть отношение среднеквадратического значения
искаженного сигнала, кроме первой, к среднеквадратическому значению
напряжения первой гармоники:

U 22  U 33  ...  U n2
K f1 
U1
 U n2
n2

.
U1
(3.2)
Схемная реализация прибора на основе этого соотношения встречает затруднения. Измеритель коэффициента гармоник наиболее просто строится для
выражения:

K f2 
U 22  U 33  ...  U n2
U  U  U  ...  U
2
1
2
2
3
3
2
n

U
n2
2
n
,

(3.3)
. U n2
n 1
в котором среднеквадратическое значение всех гармоник, кроме первой, отнесено к среднеквадратическому значению полного сигнала.
Коэффициенты K f и K f связаны простыми соотношениями:
1
K f1 
2
K f2
1  K 2f 2
K f2 
;
K f1
1  K 2f1
.
(3.4)
Из последней формулы видно, что если K f не превышает 10 %, то обакоэффициента примерно равны, и погрешность определения коэффициента гармоник K f по формуле для K f не больше 0,5 %. Это легко показать, если в формуле (3.4) разложить знаменатель в ряд, учитывая только первые два члена раз1
1
2
ложения K f 
2
K f1
1  K 2f1

K 2f1 
 0.12


 K f1 1 
 K f1 1 


2
2




  0.995K f .
1


При измерении коэффициента гармоник больше 10% необходимо производить пересчет K f в K f по формуле (3.4).
2
1
Методом измерения коэффициента гармоник является «метод подавления
основной частоты». Выражение (3.3) можно представить в виде:
K f2 

1
U

U
n 1
2
n
n2
2
n
K

U
n2
2
n
,
(3.5)
6
где К – постоянный коэффициент.
Следовательно, если нормировать среднеквадратическое значение полного
сигнала, то шкалу вольтметра среднеквадратических значений, измеряющего
среднеквадратическое значение суммы гармонических составляющих высших
гармоник, за исключением первой, можно проградуировать в значениях коэффициента гармоник K f .
2
Формула (3.5) служит основанием для построения структурной схемы измерителя коэффициента гармоник (рис.1). Измерение коэффициента гармоник
прибором, выполненным по этой схеме, сводится к следующим операциям:
 ключ В3 ставят в положение «калибровка» и, подав на вход измеряемый
сигнал U(t), регулируют значение коэффициента усиления предварительного
усилителя так, чтобы стрелку квадратичного электронного вольтметра установить на нормированную отметку шкалы (это соответствует постоянству знаменателя выражения для K f ). В приборе эта операция называется «калибровкой».
 ключ В3 переводят в положение Кг , то есть включают заградительный
фильтр, подавляющий напряжение первой гармоники. Квадратичный вольтметр
измеряет при этом среднеквадратичное значение суммы всех гармоник, кроме
первой, что эквивалентно измерению числителя выражения для K f .
2
2
Заграждающий фильтр для первой гармоники выполнен по схеме резистивно-емкостного моста, одна диагональ которого служит входом, куда поступает весь сигнал, другая – выходом, с которого снимается напряжение суммы
всех гармоник, кроме первой.
Мост включается в обратную связь схемы усилителя, что улучшает избирательные свойства и увеличивает коэффициент передачи на высших гармониках.
Квадратичный вольтметр измерителя гармоник может быть использован
для измерения:
 уровня шумов;
 переменного напряжения в широком диапазоне частот и уровней измеряемых сигналов.
3.3.1. Некоторые технические характеристики прибора С6-5:
 возможность измерения коэффициента гармоник в пределах 0,03  100%
на несимметричном входе;
 диапазон рабочих частот 20Гц  200кГц;
 основная погрешность измерения коэффициента гармоник
 K f = 0,02 K f + 5 %;
2
2
 уровень исследуемых сигналов 100 мВ  100 В;
 диапазон частот вольтметра 20 Гц  1 МГц;
 основная погрешность вольтметра  4 %.
7
В лабораторной работе может применяться измеритель коэффициента гармоник типа С6-1А, который работает по такой же схеме, как и прибор С6-5, но
имеет несколько отличные технические характеристики:
 диапазон измерения коэффициента гармоник 0,1  100 %;
 диапазон рабочих частот 20 Гц  200 кГц;
 основная погрешность измерения коэффициента гармоник
 K f =  0,05 K f + 0,05 %;
2
2
 уровень исследуемых сигналов 100 мВ  100 В;
 диапазон частот вольтметра 20 Гц  1000 кГц;
 основная погрешность вольтметра  4%.
4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ПОВЕРКИ
4.1. Общие условия поверки:
 поверяемый генератор должен быть прогрет в течение времени, указанного в технической документации;
 все параметры следует поверять при номинальной нагрузке и максимальном выходном напряжении.
4.1.1. Опробование следует производить при включенном питании генератора, при этом проверяется его работоспособность по техническому описанию и инструкции по эксплуатации (раздел «Подготовка к работе»).
4.2.
Определение погрешности установки частот по шкале частот проводят непосредственным измерением частоты выходных напряжений:
 не реже, чем через четыре числовые отметки шкалы частот и не менее,
чем в пяти числовых отметках каждого поддиапазона, включая в обоих случаях
крайние отметки частот;
 измерения проводят дважды – при подходе к поверяемой отметке со
стороны больших и меньших значений частоты;
 для каждого измерения рассчитывают погрешность, то есть отклонение
частоты поверяемого генератора от образцовой, по формулам:
абсолютную погрешность в герцах:
f  f ном  f д ;
(4.1)
относительную погрешность в процентах:
f 
f ном  f д
f
 100 % 
 100 ,
fд
fд
(4.2)
где fном – номинальное значение частоты, установленное по шкале поверяемого
генератора, Гц; fд – действительное значение частоты, измеренное образцовым
частотомером.
8
9
За погрешность установки частоты принимают максимальное значение,
полученное расчетом, которое не должно превышать допустимого, указанного
в нормативно-технической документации.
4.3.
Определение погрешности установки частоты по шкале интерполяции проводят:
 измерением частот выходных напряжений при помощи ЭСЧ;
 на любой частоте диапазона генератора;
 на всех числовых отметках шкалы интерполяции;
 рассчитывая погрешность для каждого измерения.
Если шкала интерполяции проградуирована в герцах, погрешность рассчитывается по следующим формулам:
абсолютная погрешность в герцах
f ши  f ном  f1  f 2 ;
(4.3)
относительная погрешность в процентах
f ши 
f ном  f 1  f 2
f1  f 2
 100% 
f ши
 100% ,
f1  f 2
(4.4)
где  fном – номинальное значение частоты, установленное по шкале интерполяции в поверяемой отметке, Гц; f1 – измеренная ЭСЧ частота генератора, когда
шкала частоты интерполяции установлена на «0»; f2 – измеренная ЭСЧ частота
генератора в поверяемой отметке шкалы интерполяции.
Если шкала интерполяции проградуирована в процентах, погрешность рассчитывается по следующим формулам:
абсолютная погрешность
f ши  f % 
f1  f 2
f1
 100 % ;
(4.5)
относительная погрешность
 f ши 
f % f1
 100 % ,
f1  f 2
(4.6)
где  f % – номинальное значение отклонения частоты, установленное в поверяемой отметке по шкале интерполяции.
4.4. Определение нестабильности частоты проводят измерением частоты при
помощи ЭСЧ:
 через каждые 1 – 3 мин. в течение 15 мин. (при определении нестабильности за 15 мин.);
 через каждые 30 мин. в течение 3 ч. (при определении нестабильности за
3 ч.);
 нестабильность частоты в герцах определяют по формуле:
10
f н  f max  f min ;
(4.7)
где fmax, fmin – соответственно максимальное и минимальное значение частоты,
измеренные ЭСЧ в течение 15 мин. или 3 ч.;
 относительную нестабильность частоты в процентах определяют по
формуле:
н 
f max  f min
f
 100%  н  100% ,
f ном
f ном
(4.8)
где fном – номинальное значение частоты, Гц.
4.5. Определение погрешности установки выходного напряжения проводят измерением выходного напряжения при помощи образцового вольтметра:
 на опорной частоте, указанной в НТД, и на крайних частотах диапазона;
 если опорная частота не указана в НТД, ее выбирают из ряда 60, 400,
1000, 10000, 1000000, 2000000 Гц;
 если выходное напряжение отсчитывается по шкале встроенного в генератор вольтметра, поверяют шкалу каждого поддиапазона вольтметра не менее
чем в трех ее отметках;
 если выходное номинальное (опорное) напряжение отсчитывается по
одной отметке шкалы встроенного в генератор вольтметра, напряжение поверяется при установке вольтметра на эту отметку и не менее чем на пяти других
частотах диапазона, указанных в НТД, включая крайние частоты;
 если выходное напряжение поверяемого генератора устанавливается по
отградуированному регулятору (аттенюатору), погрешность установки напряжения поверяется для всех числовых отметок регулятора;
 погрешность установки выходного напряжения определяют дважды –
при подходе к поверяемой отметке со стороны больших и меньших значений;
 абсолютная погрешность установки выходного напряжения каждого измерения вычисляется по формуле
U  U ном  U д ,
(4.9)
где Uном – номинальное значение, установленное по шкале индикатора или регулятора поверяемого прибора, В; Uд – действительное значение выходного
напряжения, В;
 относительная погрешность установленного напряжения вычисляется по
формуле
U 
U ном  U д
U
 100% 
 100% ;
Uд
Uд
(4.10)
 относительная приведенная погрешность вычисляется по формуле
11
U прив 
U ном  U д
 100% ,
U в .п
(4.11)
где Uв.п – верхний предел измерения, В.
4.6. Определение погрешности регулятора (ослабителя, делителя) выходного
напряжения проводят при помощи образцового вольтметра:
 на всех числовых отметках регулятора;
 путем измерения установленного при помощи регулятора напряжения;
 с последующим расчетом коэффициента деления по измеренным величинам U1 и U2;
 если регулятор проградуирован в относительных единицах дБ, то расчет
коэффициента деления в этих единицах производится по формуле:
nд  20 lg
U1
,
U2
(4.12)
где U1 – значение напряжения на выходе регулятора при начальном ослаблении
сигнала, В; U2 – значение напряжения на выходе регулятора при установленном
значении ослаблении сигнала, В;
 погрешность регулятора в децибелах рассчитывается по формуле:
n  nном  nд ,
(4.13)
где nном, nд – соответственно номинальное и действительное значения коэффициентов деления делителя;
 относительная погрешность регулятора в процентах рассчитывается по
формуле:
nдел 
пном  пд
 100% ,
пд
(4.14)
если регулятор состоит из нескольких самостоятельных звеньев, поверяют каждое звено.
4.7. Определение коэффициента гармоник выходного напряжения проводят измерителем нелинейных искажений, или анализатором спектра, или селективным вольтметром на опорной частоте и не менее чем на пяти других частотах, указанных в НТД, включая крайние частоты диапазона.
12
5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
5.1. Какие существуют операции поверки генераторов низкой частоты?
5.2. Как осуществляется определение погрешности установки частоты генератора при его поверке?
5.3. Какие существуют источники погрешности установки частоты по
шкале частот измерительного генератора низкой частоты?
5.4. В чем заключается методика определения нестабильности частоты генератора?
5.5. В чём причины нестабильности частоты выходного сигнала генератора низкой частоты?
5.6. В чем заключается методика определения погрешности установки
уровня выходного напряжения генератора при его поверке?
5.7. Какие существуют источники погрешности установки уровня выходного напряжения измерительного генератора низкой частоты?
5.8. Какой принцип лежит в основе определения погрешности выходного
регулятора напряжения генератора?
5.9. Как определяется коэффициент гармоник выходного сигнала генератора?
13
6. ПРОТОКОЛ ПОВЕРКИ
В протоколе поверки должны быть включены в виде таблиц записи всех
измеряемых параметров и результатов расчета погрешностей.
Ниже приведены примеры таблиц для записи результатов наблюдений
выполненных поверок.
Таблица 6.1
Результаты поверки, выполненной по п. 2.2
Значения частот, Гц
установленной измеренной обпо шкале чаразцовым средстот, fном
ством, fд
Погрешность
абсолютная,
относительная,
f
f
допустимая
Таблица 6.2
Результаты поверки, выполненной по п. 2.3
Значения частот, Гц
fном
f1
Погрешность
f2
абсолютная,
fши
допустимая
относительная, fши
Таблица 6.3
Результаты поверки, выполненной по п. 2.4
Значения частот, Гц
fmax
fmin
Нестабильность частоты
абсолютная,
fн
относительная, fн
допустимая
14
Таблица 6.4
Результаты поверки, выполненной по п. 2.5
Уровни напряжений
Uном
Погрешность
U
Uд
Uн
допустимая
Таблица 6.5
Результаты поверки, выполненной по п. 2.6
Уровни напряжений
U1
U2
Погрешность
nд, дБ
n
nдел
nном
nд
Таблица 6.6
Результаты поверки, выполненной по п. 2.7
Частота, Гц
Значение коэффициента гармоник, %
Допустимое значение коэффициента гармоник, %
15
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Белоусов Ю.М. и др. Измерители параметров формы радиосигналов и их
поверка. – М., 1984 г.
Кушнир Ф.В., Саенко В.Г. Электрорадиоизмерения, 1983 г.
Мирский Г.Я. Радиоэлектронные измерения, 1975 г.
Справочник по радиоизмерительным приборам/Под ред. В.С. Насонова.
Т.1. – М.: Сов. Радио, 1978 г.
Справочник по радиоизмерительным приборам/Под ред. В.С. Насонова.
Т.2. – М.: Сов. Радио, 1979 г.
Сутягин В.Я., Рахимов Г.Г., Фельдман Р.В. Поверка средств измерений.
Радиотехнические измерения, 1982 г.
ГОСТ 8.314-78 “ Государственная система обеспечения единства измерений. Генераторы низкочастотные измерительные. Методы и средства поверки”.
16
ЧАСТЬ II. ПОВЕРКА УНИВЕРСАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫХ ОСЦЫЛЛОГРАФОВ.
1. ЗАДАНИЕ
Перед выполнением лабораторной работы слушатель должен:
1.1. Изучить основные вопросы теории и принцип работы универсальных
электронно-лучевых осциллографов, используя соответствующий раздел конспекта лекций по курсу и учебные пособия [1, 2, 3].
1.2. Ознакомиться с перечнем метрологических характеристик универсальных осциллографов [7] и изучить методы их поверки [1,6,8].
1.3. Ознакомиться с инструкциями по эксплуатации поверяемого осциллографа и других средств поверки, используемых в лабораторной работе.
1.4. Выполнить поверку осциллографа в соответствии с ГОСТ 8.311-78.
2. ОПЕРАЦИИ ПОВЕРКИ
В процессе лабораторной работы слушатели выполняют следующие операции поверки:
2.1 Опробование;
2.2. Определение ширины линии луча;
2.3. Определение погрешности коэффициента отклонения;
2.4. Определение погрешности измерения напряжения;
2.5. Определение погрешности коэффициента развертки;
2.6. Определение погрешности измерения временных интервалов;
2.7. Определение параметров переходной характеристики;
2.8. Определение параметров амплитудно-частотной характеристики.
3. СРЕДСТВА ПОВЕРКИ
3.1. Состав средств поверки и требования к ним.
Для поверки могут быть использованы следующие средства:
3.1.1. Образцовые измерительные приборы:
- установки для поверки вольтметров (В1-8);
- вольтметр переменного тока (В7-16 от 10мВ…300В);
- частотомер;
- импульсный калибратор осциллографов (И1-9).
3.1.2. Образцовые меры:
- генератор импульсов (Г5-54);
- генератор сигналов (ГСС).
17
Применяемые средства поверки (измерительные приборы и образцовые
меры) должны удовлетворять следующим требованиям.
Допустимая погрешность измерения (для образцового прибора) или установки значения параметра сигнала (для образцовой меры) не должна превышать 1/3 допустимой погрешности измерения (параметра) поверяемого осциллографа. Кроме этого, должны быть выдержанны соотношения между параметрами искажений генератора импульсов и параметрами переходной характеристики осциллографа.
В отчете по каждому пункту поверки перед заполнением таблицы протокола слушателям следует по данным технических описаний, инструкций по
эксплуатации и других документов записать значения необходимых для поверки основных характеристик приборов, используемых в лабораторной работе.
3.2. Установка для поверки вольтметров В1-8, является источником точных постоянных напряжений и напряжений синусоидальной формы с малыми
нелинейными искажениями, выдающая напряжения в диапазоне 10мВ – 300В с
основной погрешностью номинальных выходных напряжений на переменном

0,003 
 %.
токе, не превышающей значения   0,3 
U
ном


Структурная схема установки представлена на рис.1. Установка содержит
два источника напряжения:

источник стабилизированного напряжения постоянного тока, создающего напряжение U1, которое может регулироваться в пределах  10 % от
нормального;

источник переменного напряжения U2, уровень которого регулируется
с помощью устройства сравнения.
Постоянное U1 и переменное U2 напряжения в системе выходных делителей и
аттенюатора формируются в выходное напряжение Uвых установки.
Источник опорного напряжения предназначен для поддержания на требуемом уровне переменного напряжения, а также для регулировки его в пределах
 10 % от нормального, которое осуществляется с помощью регулируемого
опорного напряжения U0рег. на выходе 1. На выходе 2 создается нерегулируемое номинальное опорное напряжение U0ном.
Установка работает следующим образом. При переводе переключателя II в
положение 1 на систему выходных делителей и аттенюатора подается постоянное напряжение. Если значение U1 равно номинальному, то напряжения выходного делителя Uд, также покажет соответствующие значения погрешности в
процентах.
При работе в режиме переменного тока (переключатель II находится в положении 2) на устройство сравнения подаются переменное Uд и опорное U0рег
18
напряжения. На микроамперметр подаются постоянное номинальное U0ном и регулируемое U0рег напряжения.
Изменяя U0рег в пределах  10 % на выходе источника переменного напряжения, получают изменение его уровня также в заданных пределах. Микроамперметр покажет изменение погрешности в этих же пределах.
4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ПОВЕРКИ
4.1. Опробование осциллографа. Опробование поверяемого осциллографа
слушатели проводят в автоколебательном режиме и режиме внешнего запуска.
Проверяют:
 наличие развертки на всех диапазонах;
 регулировку яркости и фокусировку луча;
 смещение луча в горизонтальном и вертикальном направлениях;
 соответствующее изменение коэффициента развертки при всех положениях переключателя;
 уровень синхронизации;
 соответствующее изменение коэффициента отклонения при всех положениях переключателя.
Поверку по трем последним пунктам осуществляют с помощью генератора
импульсов.
В соответствии с ГОСТ 8.311-78 перед поверкой проводят калибровку коэффициентов отклонения и развертки по методике, представленной в НТД на
поверяемый осциллограф.
4.2. Определение ширины линии луча. В лабораторной работе студенты
определяют ширину линии луча только в вертикальном направлении.
Значение её определяется косвенным методом, при котором предварительно устанавливаются значения двух параметров:
 напряжение сигнала генератора U1, при котором две светящиеся
линии на экране осциллографа соприкоснутся;
 коэффициент отклонения по вертикали в , равный 5 В/дел.
Затем вычисляется ширина линии луча по формуле:
dв 
U1
В
.
(4.1)
19
20
В качестве образцового источника сигналов используется генератор импульсов. Для получения двух светящихся линий на экране осциллографа необходимо поверяемый осциллограф перевести в автоколебательный режим развертки, а генератор импульсов – в режим внутреннего запуска. При этом значение коэффициента развертки, периода следования импульсов генератора и длительности импульсов следует выбирать пропорционально соотношению 1 : 20 :
5 (например, коэффициент развертки – 10 мкс/дел.; период следования импульсов – 200 мкс; длительность импульсов 50 мкс).
В отчете по данному пункту поверки должны быть представлены:
 схема измерения;
 формула для вычисления ширины линии луча;
 значения напряжения U1;
 коэффициент отклонения в;
 результат вычисления dав.
4.3. Определение погрешности коэффициента отклонения, погрешности
измерения напряжения. Слушатели проводят поверку по тому параметру, на
который установлено требование в НТД на поверяемый осциллограф.
4.3.1. Погрешность коэффициента отклонений может быть определена
непосредственно с помощью установки для поверки вольтметров (В1-4, В1-8,
В1-9) или импульсного калибратора осциллографов И1-9 и косвенно – изменением напряжений от образцового генератора импульсов.
Слушатели выбирают схему измерений, исходя из состава приборов, предназначенных для проведения этой лабораторной работы.
При измерениях осциллограф переводится в режим внутреннего запуска, а
установка для поверки вольтметров – в режим выдачи синусоидального сигнала
амплитудного значения с частотой 1кГц. На экране осциллографа должна
наблюдаться светящаяся широкая полоса или две линии (в зависимости от
установленного значения коэффициента развертки).
Органами регулировки смещения луча по вертикали добиваются симметричного положения полос (линий) относительно центральной горизонтальной
линии шкалы осциллографа.
При использовании генератора импульсов одну светящуюся линию, соответствующую паузе сигнала, устанавливают на центральную линию шкалы.
Для определения погрешности коэффициента отклонения (измерения
напряжения) от установки для поверки вольтметров или калибратора осциллографов подается ряд значений напряжений, при которых верхняя светящаяся
линия на экране устанавливается на соответствующее деление шкалы.
Погрешность коэффициента отклонения должна быть определена для одного из значений коэффициента отклонения при всех размерах изображения h
,уменьшающегося в четном числе делений шкалы, и для остальных значений
21
коэффициента отклонения при одном из размеров h (в пределах 60-100 % рабочего участка экрана).
При использовании установки для поверки вольтметров В1-8 или импульсного калибратора И1-9 погрешность отсчитывается по шкале образцового
прибора. При использовании генератора импульсов погрешность вычисляется
по формуле:
 
 ном   д
100 % ,
д
(4.2)
где ном – номинальное значение коэффициента отклонения, установленное на
осциллографе; д – действительное значение коэффициента отклонения, вычисляемое по результатам косвенных измерений по формуле:
д 
U
.
h
(4.3)
Здесь U – напряжение на выходе генератора в В; h – высота изображения в дел.
Результаты измерений и вычислений заносятся в табл.6.1 протокола.
4.3.2. Погрешность измерения напряжения определяется путем прямого
измерения напряжений, выдаваемых любыми из приведенных выше образцовых приборов, по методу, предусмотренному для поверяемого осциллографа.
Измерения должны проводиться при всех значениях коэффициента отклонения
и не менее чем в пяти точках диапазона измеряемых осциллографом напряжений, включая две крайние точки – минимальную и конечную, соответствующую 100% отклонения изображения.
Погрешность измерения напряжения рассчитывается по формуле:
U 
U Uд
100%,
Uд
(4.4)
где U – измеренное осциллографом напряжение входного сигнала; Uд – действительное значение напряжения входного сигнала.
Результаты измерений и вычислений заносятся в табл.6.2 протокола.
4.4. Определения погрешности коэффициента развертки, измерения временных интервалов. В лабораторной работе по данному пункту проводится поверка осциллографа по параметру, на который установлено требование в техническом описании осциллографа.
4.4.1. Погрешность коэффициента развертки может быть определена методом прямых измерений при помощи импульсного калибратора осциллографов
И1-9 или косвенно – путем определения действительного коэффициента развертки при измерении осциллографом длительности временных интервалов периодического сигнала, выдаваемых генератором сигналов или генератором импульсов. Слушатели выбирают схему измерений, руководствуясь составом
22
приборов, комплектующих лабораторную работу, и НТД на осциллограф.
При измерениях элементами регулировки осциллографа и генератора (калибратора) следует добиться устойчивого изображения сигнала на экране осциллографа. Высота изображения по вертикали должна составлять не менее
40%рабочего поля шкалы, а определенное количество периодов сигнала – точно умещаться на таком же числе делений (т.е. период сигнала должен быть
приблизительно равен в единицах времени коэффициенту развертки). Следует
иметь в виду, что совмещение изображения с горизонтальными отметками
шкалы нужно проводить в точках, имеющих максимальную крутизну (для синусоидального сигнала), и для одинаковых границ линии луча.
Погрешность коэффициента развертки находится для всех значений коэффициента развертки осциллографа и длины изображения сигнала, равных
четному числу делений, а также наименьшему допустимому числу делений,
оговоренному в НТД на поверку, и максимальному числу делений в пределах
рабочего участка ЭЛТ.
Погрешность коэффициента развертки определяют по формуле:
 
 ном   д
 100%,
д
(4.5)
где ном - номинальное значение коэффициента развертки, установленное по
ед.времени 
1 T
шкале осциллографа 
- действительное значение коэф;  д  
lf
l
дел


ед.времени 
фициента развертки 
; , f T – частота и соответственно период, отсчидел


танные по шкале генератора или измеренные с помощью ЭСЧ; l – количество
делений шкалы, на которых производится отсчет числа периодов.
При использовании калибратора осциллографов отсчет погрешности проводят непосредственно по его шкале. Результаты измерений заносятся в
табл.6.3 протокола.
4.4.2. Погрешность измерения временных интервалов определяется путем
прямого измерения временных интервалов, задаваемых генератором сигналов
(генератором импульсов) или импульсным калибратором по методу, предусмотренному в технической документации для поверяемого осциллографа. Измерения необходимо проводить при всех значениях коэффициента развертки и
не менее чем в пяти точках диапазона измеряемых временных интервалов,
включая две крайние точки.
Погрешность измерения временных интервалов определяют по формуле:
е 
T  Tд
 100%
Тд
(4.6)
где Т= l – длительность временного интервала, рассчитанного по результатам
23
измерений; l – число делений, отсчитанных по шкале ЭЛТ; Т д 
1
n - значение
f
длительности временного интервала, рассчитанное по частоте генератора сигналов; n - число периодов, уложившихся на l делениях.
Результаты измерений и вычислений заносятся в табл.6.4 протокола.
4.5. Определение параметров переходной характеристики. В лабораторной
работе выполняются операции поверки, в которых определяются следующие
параметры переходной характеристики:
 время нарастания;
 время установления;
 неравномерность плоской вершины;
 выброс;
 спад вершины при закрытом входе.
Для определения параметров переходной характеристики тракта вертикального отклонения осциллографа в качестве источника испытательных импульсов следует использовать генератор импульсов.
При поверке осциллограф переводят в режим внешнего запуска (коэффициент развертки – минимальный), а генератор – в режим внутреннего запуска.
Параметры переходной характеристики определяют для всех фиксированных
значений коэффициента отклонения при положительной и отрицательной полярности испытательного импульса. Однако в лабораторной работе слушатели
определяют параметры переходной характеристики для одного фиксированного
значения коэффициента отклонения при положительном импульсе. Время
нарастания переходной характеристики определяется на экране ЭЛТ следующим образом. Изображение переходной характеристики размещается в нижней
половине рабочего поля экрана. Регулируя поочередно ручками регулировки
уровня сигнала генератора и смещения по вертикали осциллографа, добиваются
того, чтобы 80 % высоты средней части изображения занимало ровно четыре
деления. Остальные части импульса – нижний и верхний – должны выходить
за пределы этого поля соответственно вниз и вверх на 0,5 (или 1/3) деления
(рис.2).
Таким образом устанавливают уровни изображения, а затем смещают
изображение по горизонтали до пересечения нижней части изображения с вертикальной линией шкалы (точка 1). Расстояние от этой линии до пересечения
фронта с контрольной, горизонтальной линией шкалы (точка 2) равно времени
нарастания н. Полученное значение заносят в табл. 6.4 протокола.
Время установления у определяют путем отсчета длительности переходного процесса от точки 1 до конца переходного процесса. Значение у заносят в
табл. 6.5 протокола. Выброс  Ав определяют путем отсчета числа делений (ам-
24
плитуды) максимального отклонения переходного процесса от установившегося значения. Значение  Ав в процентах заносят в табл. 6.5 протокола.
Рис.2. Переходная характеристика электронного осциллографа: н – время
нарастания; у – время установления; А – выброс на вершине; Ан – неравномерность плоской вершины; А – установившееся значение амплитуды.
Аналогично определяет неравномерность Ан в точке отклонения вершины
переходной характеристики от установившегося процесса. Относительные значения выброса и неравномерности определяют по формуле:
А 
А
 100% ,
А
(4.7)
где А – амплитуда изображения испытательного импульса (в делениях шкалы).
Измеренные и вычисленные значения заносятся в табл. 6.5 протокола.
25
4.6. Определение параметров амплитудно-частотной характеристики. В
лабораторной работе слушатели выполняют операции поверки, в которых
определяются следующие параметры амплитудно-частотной характеристики
(АЧХ) тракта вертикального отклонения:
 неравномерность в нормальном и расширенном диапазонах частот;
 полоса пропускания.
Параметры АЧХ определяются по кривой, которую снимают с помощью
генераторов сигналов. Уровень входного сигнала контролируется с помощью
встроенного в генератор или отдельного вольтметра. При снятии АЧХ осциллограф работает в режиме внутреннего запуска. Высота изображения сигнала на
опорной частоте должна составлять 80 % рабочего участка экрана ЭЛТ. Значение опорной частоты задается в НТД на осциллограф. Изменяя частоту сигнала
генератора и поддерживая его амплитуду постоянной, измеряют высоту изображения на экране ЭЛТ, которая заносится в табл. 6.6 протокола.
Для определения АЧХ число точек должно быть не менее 20, в том числе в
пределах нормального и расширенного диапазонов АЧХ не менее 10.
Относительные значения неравномерности в пределах нормального н и
расширенного диапазонов р вычисляют по формулам:
н 
lн
 100% ;
lo
р 
lp
lo
 100% ,
(4.8)
где lн и lр – абсолютные значения неравномерности в нормальной и расширенной областях частот, в делениях; lо – изображения на опорной частоте амплитуды сигнала в делениях шкалы.
Полоса пропускания f определяется частотой, при которой амплитуда
изображения равна 0,7 lо.
26
5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
5.1. Какие операции поверки универсальных электронных осциллографов
вы знаете?
5.2. В чем заключается методика определения ширины линии луча в горизонтальной плоскости?
5.3. Какие существуют источники погрешности коэффициента отклонения?
5.4. Как осуществляется определение погрешности коэффициента отклонения (измерение напряжения)?
5.5. Какие существуют источники погрешности коэффициента развертки?
5.6. Как осуществляется определение погрешности коэффициента развертки (измерение интервалов времени)?
5.7. Как определяются переходная характеристика осциллографа и ее параметры.
27
6. ПРОТОКОЛ ПОВЕРКИ
Таблица 6.1
Результаты поверки, выполненной по п. 2.3
ном,
В/дел
U, B
h, дел
д , B/дел
, %

допустимая
Таблица 6.2
Результаты поверки, выполненной по п. 2.4
ном,
В/дел
Uд, B
h, дел
U, B
U, %
U
допустимая
Таблица 6.3
Результаты поверки, выполненной по п. 2.5
ном,
мкс/дел
l, дел
f, Гц
д,
мкс/дел
, %

допустимая
Таблица 6.4
Результаты поверки, выполненной по п. 2.6
,
мкс/дел
l, дел
Т, мкс
Тд, мкс
, %

допустимая
28
Таблица 6.5
Результаты поверки, выполненной по п. 2.7
Параметр
Обозначение
Время нарастания
Время установления
Выброс
Неравномерность
н
Измеренные значения
Допустимые значения
у
А
Ан
Таблица 6.6
Результаты поверки, выполненной по п. 2.8
Частота сигнала
Абсолютное значение
неравномерности
Неравномерность,
%
fon
f1
f2
…
fn
29
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Белоусов Ю.М. и др. Измерители параметров формы радиосигналов и их
поверка.- М., 1984г.
Кушнир Ф.В., Саенко В.Г. Электрорадиоизмерения, 1983г.
Мирский Г.Я. Радиоэлектронные измерения, 1975г.
Справочник по радиоизмерительным приборам / Под ред. В.С.Насонова.
Т.1. – М.: Сов. Радио, 1978г
Справочник по радиоизмерительным приборам / Под ред. В.С.Насонова.
Т.2. – М.: Сов. Радио, 1979г..
Сутягин В.Я., Рахимов Г.Г., Фельдман Р.В. Поверка средств измерений.
Радиотехнические измерения, 1982г.
ГОСТ 227.37 – 77 Осциллографы электронно-лучевые. Технические требования и методы испытаний.
ГОСТ 8.311 – 78 Осциллографы электронно-лучевые универсальные. Методы и средства поверки.
ГОСТ 8.331 – 78 Измерители нелинейных испытаний. Методы и средства
поверки.