Методические указания к выполнению виртуальных лабораторных работ по дисциплине метрология, стандартизация и сертификация для студентов всех направлений бакалавриата

3,5	3,0	2,5	2,0	1,5
1,0
Тизм , мс
Δ, мс
δ, %

Таблица 1.10

Измерение периода сигнала прямоугольной формы.
К_х = 0,2394 (мс/дел)

Тген , мс	3,5	3,0	2,5	2,0	1,5	1,0
Тизм , мс
Δ, мс
δ, %

Пользуясь графиками функциональных зависимостей и данными таблиц 1.6...1.10, найдите максимальную абсолютную погрешность Δ_макс. По значению Δ_макс и максимальному значению диапазона измерений Т_ген = 3,5 мс определите максимальную приведенную погрешность по формуле:

γ_макс = Δ_макс 100 % / Т_ген = Δ_макс 100 % / 3,5 . (1.8)

По приведенной погрешности присвойте рабочий класс точности К_т осциллографу, как измерительному средству временных параметров электрических сигналов.

0. 
   Измерения среднего значения напряжения сигналов прямоугольной формы при изменении скважности импульсов. Установите амплитуду U_ген = 8 В, период Т_ген = 1 мс. Для скважности импульсов Q = =Т_ген /Т_имп, значения которой указаны в таблице 1.11, выполните измерения среднего значения напряжения в соответствии с формулой:
   

U_ср.изм = U_{макс. изм} / Q_изм. (1.8)

Экспериментальные данные занесите в таблицу 1.11.

Определите U_{ср.расч} по формуле:


U_{ср.расч} = U_ген / Q. (1.9)
Найдите погрешность измерения среднего значения напряжения в абсолютных и относительных единицах по формулам:


Δ = │ U_ср.изм - U_{ср.расч} │, (1.10)


δ = Δ 100 % / U_{ср.расч}. (1.11)
Таблица 1.11
Измерение среднего значения напряжения сигнала
прямоугольной формы. К_y = 1,32353 (В/дел)

Q	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Uср.изм, В
Uср.расч, В
Δ, В
δ, %

Постройте функциональные зависимости δ = F (Q), а также функциональные зависимости U_ср.изм = F(Q) и U_{ср.расч} = F (Q) на одном графике и проанализируйте полученные результаты. Выводы запишите в рабочую тетрадь.

5. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

5.1. Цель лабораторной работы.

5.2. Краткие сведения о назначении и принципе построения универсального электронно-лучевого осциллографа.
5.3. Результаты экспериментальных исследований.
5.4. Графики функциональных зависимостей для измеряемых параметров.
5.6. Выводы и заключения по результатам экспериментальных исследований.

6. 
   КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
   

0. 
   Для каких целей применяют осциллографы?
   

6.2. Какие блоки входят в состав структурной схемы универсального осциллографа?
6.3. Для чего применяется синхронизация разверток осциллографа? Назовите основные типы синхронизации.
6.4. Каково назначение линейно-изменяющегося напряжения, подаваемого на горизонтальные пластины?
6.5. Для чего в осциллографах применяют калибраторы амплитуды и длительности?
6.6. Какие требования предъявляются к напряжению генератора развертки?
6.7. Перечислите основные виды разверток?

6.8. Назовите основные характеристики каналов вертикального и горизонтального отклонения.

6.9. Как осуществляется калибровка вертикальной и горизонтальной осей осциллографа?
6.10. В чем заключается методика измерения амплитудных и временных параметров сигналов с помощью осциллографа?
6.11. Назовите основные источники погрешностей при осциллографических методах измерения амплитудных и временных параметров сигналов.
6.12. По каким причинам могут возникнуть искажения осциллограмм?
6.13. Как нормируют характеристики погрешностей каналов вертикального и горизонтального отклонений?
6.14. Как выражают пределы допускаемых основной и дополнительной погрешностей?
6.15. Как устанавливают классы точности средств измерений?


ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2
ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ


1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1.1. Изучить принципы построения электронных вольтметров.

1.2. Изучить принцип действия детекторных измерительных преобразователей.
1.3. Исследовать характеристики чувствительности электронных вольтметров.

2. 
   ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
   

Применяемые в телекоммуникационных системах и радиотехнике сигналы представляют собой функции времени различной формы: постоянные, гармонические, негармонические, импульсные и другие виды колебаний.

Измерение постоянного напряжения заключается в нахождении его значения и определения полярности. Целью измерения напряжения переменного тока является нахождение значения какого-либо его параметра.
Воздействие переменного напряжения на электрическую цепь можно определить по амплитудному, среднему квадратическому, среднему (постоянной составляющей) или средневыпрямленному значениям.
Мгновенное значение напряжения - это значение напряжения в определенный момент времени. Совокупность мгновенных значений определяет форму сигнала на определенном отрезке времени. Мгновенные значения напряжения наблюдают на экране осциллографа, дисплея компьютера или другого устройства.
Амплитуда (пиковое значение) - это наибольшее мгновенное значение напряжения (относительно оси времени) за интервал наблюдения или за период (рис. 2.1, а, б). При разнополярных несимметричных кривых формы напряжения различают два амплитудных значения (рис. 2.1, в): положительное и отрицательное .

Рис. 2.1. Иллюстрации к понятию амплитуда напряжения:

а – синусоидальное напряжение; б – пилообразное напряжение положительной полярности; в – разнополярные прямоугольные импульсы.


Среднее квадратическое значение напряжения – это корень квадратный из среднего квадрата его мгновенного значения за время измерения (за период):
. (2.1)
Среднее значение (постоянная составляющая) напряжения – это среднее арифметическое всех его мгновенных значений за время измерения (или за период):
. (2.2)


Средневыпрямленное значение напряжения – это среднее арифметическое его абсолютных мгновенных значений за время измерения (или за период):
. (2.3)
Средневыпрямленное значение определяется как постоянная составляющая напряжения после его двухполупериодного выпрямления.
Для напряжений одной полярности среднее и средневыпрямленное значения равны. Для разнополярных напряжений эти значения могут существенно отличаться. Так для гармонического напряжения , .
Связь между рассмотренными параметрами описывается тремя коэффициентами: амплитуды , формы и усреднения .
Коэффициент амплитуды (пик-фактор) равен отношению амплитудного значения к среднеквадратическому:
. (2.4)
Коэффициент формы (форм-фактор) равен отношению среднего квадратического значения к средневыпрямленному:
(2.5)
Коэффициент усреднения равен отношению амплитудного значения к средневыпрямленному:
(2.6)
Для каждой формы физически реализуемого сигнала все три коэффициента определены, и их значения не зависят от параметров сигнала.
Так для сигнала синусоидальной формы с любой амплитудой, частотой и начальной фазой: ; ; .
Для сигнала пилообразной формы вида (рис. 2.1.б): ; ; .
Для однополярных прямоугольных импульсов со скважностью : ; .
Чаще измеряют среднее квадратическое значение напряжения, так как этот параметр характеризует энергетические свойства сигнала. Однако проще измерить амплитудное или средневыпрямленное значения напряжения и произвести пересчёт с применением, указанных выше коэффициентов.
Измеряют напряжения в электронных и радиотехнических устройствах преимущественно электронными вольтметрами.
При создании аналоговых вольтметров важную роль играют преобразователи переменного напряжения в постоянное (детекторы). Детекторы можно классифицировать по функции преобразования входного напряжения в выходное: амплитудные (пиковые), среднего квадратического и средневыпрямленного значений. Тип детектора во многом определяет свойства прибора: вольтметры с амплитудными детекторами являются самыми высокочастотными; вольтметры с детекторами среднего квадратического значения измеряют напряжения любой формы; вольтметры средневыпрямленного значения измеряют только гармонические сигналы, но являются самыми простыми и надёжными.