89. Измерение осциллографом фазовых сдвигов.

Наиболее распространенным методом измерения с помощью осциллографа является метод эллипса. Эллипс является частным случаем интерференционной фигуры при = и может «стягиваться» в линию при и либо превращаться в окружность (круговая развертка) при . Методика измерения стандартизована и заключается в измерении по шкале ЭЛТ значений и (рисунок 6.14) с последующим определением значения по формуле . Перед измерением и необходимо совместить центр эллипса с началом координат шкалы. Для этого поочередно отключают напряжения и и совмещают середины горизонтальной и вертикальной линий (создаваемых соответственно и ) с центром шкалы. Кроме того, необходимо убедиться, что неидентичность фазовых характеристик каналов осциллографа не вносит заметной погрешности, либо, наоборот, оценить с последующим исключением из результата измерения как систематической погрешности. Для этого одно из напряжений (например, ) подают на оба входа осциллографа. Если пренебрежимо мало, на экране будет наблюдаться наклонная прямая линия. Если же наблюдается эллипс, значение определяют аналогично .

Рисунок 6.14 – Изображение эллипса при измерении

Результаты измерения , как видно из таблицы 6.3, однозначны лишь в пределах 0...180 (далее фигуры будут повторяться). По­грешность измерения существенно зависит от , не превышая при близких к 0 и 180 , и возрастая до при . Поэтому в практике измерений хорошие результаты дает сочетание метода эллипса с нулевым методом измерения .

Рисунок 6.15 – Осциллограмма сигнала при измерении методом наложения

Второй метод измерения называемый методом наложения, заключается в получении на экране двухканального осциллографа и совмещении осциллограмм напряжений, подаваемых на входы Y1 и Y2 (рисунок 6.15). Из рисунка 6.15 видно, что в этом случае . Если, кроме того, амплитуды и равны, то . В практике измерений применяется также круговая развертка, создаваемая напряжением как опорным. Методика измерения аналогична методике измерения , но теперь измеряется угловое положение светящейся полуокружности, создаваемой напряжением при его подаче на вход Z.

90. Компенсатор постоянного тока.

Принцип действия компенсатора основан на уравновешивании (компенсации) измеряемых Э.Д.С. или напряжения известным падением напряжения на образцовом резисторе. Момент полной компенсации фиксирует индикатор, имеющий очень высокую чувствительность и реагирующий на очень маленькие токи.

Одним из основных функциональных узлов любого компенсатора является высокоточный переменный резистор , по шкале которого отсчитывают измеряемое значение Э.Д.С. ( ) или напряжение ( ). В качестве образцовой меры Э.Д.С. применяется нормальный элемент (НЭ) – электрохимический источник, Э.Д.С. ( ) которого известна с очень высокой точностью. Однако ёмкость НЭ невелика, и длительное сравнение в процессе измерений ( ) с невозможно. Поэтому схема компенсатора дополняется источником постоянного напряжения с Э.Д.С. ( ) большой ёмкости. Таким образом, для сравнения с ( ) используется не , а падение напряжения на образцовом резисторе , которое создается током от источника - рабочим током ( ), который перед измерением устанавливается. Процесс измерения ( ) состоит из двух этапов: установки и непосредственно измерения ( ).

Рисунок 2.17 – Упрощенная схема компенсатора постоянного тока

Для установки требуемого значения переключатель П устанавливается в положение 1 и изменением сопротивления регулировочного резистора добиваются нулевого показания индикатора И. Этому соответствует отсутствие тока в цепи индикатора, что возможно при выполнении равенства . Тогда значение рабочего тока определяется как . Так как и величины постоянные, то и рабочий ток далее в процессе измерений будет оставаться постоянным и следовательно воспроизводить значение .

На втором этапе измеряют значение ( ). Для этого переключатель П переводится в положение 2, и изменением сопротивления резистора вновь добиваются нулевого показания индикатора И. Так как этому состоянию соответствует равенство и . Таким образом искомое значение ( ) однозначно определяется величиной и может быть отсчитано по шкале потенциометра .

С помощью компенсатора измеряемое ( ) определяется с достаточно высокой точностью и без нарушения работы измерительной цепи, так как в момент измерения ток в ней отсутствует. Погрешность измерения ( ) определяется погрешностями образцовых резисторов и , Э.Д.С. нормального элемента и чувствительностью индикатора. В качестве НЭ применяются насыщенные и ненасыщенные обратимые гальванические элементы, классы точности которых регламентируются в пределах 0,0002-0,02 и в значительной степени определяют класс точности компенсатора в целом. Установочный резистор представляет собой катушку сопротивления специальной конструкции с точно известным и стабильным сопротивлением. Потенциометр выполняется также по специальной схеме, обеспечивающей постоянство при измерении и необходимое число знаков (декад) при отсчете ( ). Индикатором, как правило, является магнитоэлектрический гальванометр.

Современные компенсаторы постоянного тока имеют классы точности в пределах от 0,005 до 0,2. Верхний предел измерения составляет (1..2,5)В, а нижний – единицы нановольт. Для увеличения верхнего предела измерения до нескольких десятков вольт в последних конструкциях компенсаторов вместо нормального элемента применяют высокостабильные источники напряжения с более высоким значением стабилизированного напряжения.

В настоящее время существуют и применяются на производстве автоматические компенсаторы, в которых отслеживается разностное значение с помощью следящей системы. и - это части измерительного сопротивления в начале и конце цикла слежения.

С помощью компенсатора можно также измерять ток, предварительно преобразовав его в напряжение с помощью образцового резистора с известным сопротивлением . Искомое значение тока определится по результатам измерения напряжения из формулы .

Компенсационные методы могут использоваться и для измерения переменных напряжений. Однако в этом случае компенсирующее напряжение необходимо регулировать не только по модулю, но и по фазе. Поэтому такие компенсаторы (потенциометры) имеют более сложную схему, чем компенсаторы постоянного тока, а по точности значительно уступают им из-за отсутствия на переменном токе образцовой меры, аналогичный по своим параметрам НЭ. В настоящее время они полностью вытеснены электронными компенсационными вольтметрами.