44
Základní měřicí techniky V této přednášce se podíváme na základy experimentátorského řemesla. Hlavním tématem bude měření elekt- rických veličin. Pro projekt „Cesta k vědě“ (veda.gymjs.net) vytvořil V. Pospíšil ([email protected]). Modifikace a šíření dokumentu podléhá licenci CC-BY-SA. Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

Základní měřicí techniky

  • Upload
    colin

  • View
    70

  • Download
    4

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Základní měřicí techniky. V této přednášce se podíváme na základy experimentátorského řemesla. Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti. Hlavním tématem bude měření elekt-rických veličin. - PowerPoint PPT Presentation

Citation preview

Page 1: Základní měřicí techniky

Základní měřicí technikyV této přednášce se podíváme na základy experimentátorského řemesla.

Hlavním tématem bude měření elekt-

rických veličin.Pro projekt „Cesta k vědě“ (veda.gymjs.net) vytvořil V. Pospíšil ([email protected]).

Modifikace a šíření dokumentu podléhá licenci CC-BY-SA.

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme

do vaší budoucnosti

Page 2: Základní měřicí techniky

Měření elektrických veličin - proudV současné době se drtivá většina měření převádí na měření elektrických veličin (napětí, proud). Důvod je zřejmý - tyto veličiny lze dále zpracovat elektronicky a případně počítačově.

Klasický ručičkový ampérmetr spoléhá na vyrovnávání mechanických a magnetických sil. Na obrázku vpravo je vidět schéma klasického ampérmetru.

Skládá se z permanentního magnetu (modře) a otočného elektromagnetu (tyrkysově). Prochází-li červeným vodičem proud, snaží se otočný elektromagnet pohnout tak, tak se ručička přístroje pohybovala doprava. V tom ji brání spirálová pružina. Ručička se zastaví tam, kde se vyrovná mechanická a magnetická síla.

Schéma ampérmetru

Page 3: Základní měřicí techniky

Měření elektrických veličin - proudIdeální přístroj změří veličinu, ale přitom neovlivní proměřovaný obvod :

Schéma ampérmetru

Měřený obvod

RA

A

Přístroj je nutné připojit do větve s protékajícím proudem, tím ale změníme parametry obvodu, neboť přístroj má nějaký vnitřní odpor. Aby se výsledný proud I1 co nejvíce blížil proudu I0, který chceme znát, musí být vnitřní odpor ampérmetru co nejmenší.

I0

I1

0AR

Page 4: Základní měřicí techniky

Měření elektrických veličin - proudBěžné přístroje mají k dispozici několik rozsahů, na které mohou měřit, například ampérmetr na obrázku má rozsahy

0 - 6 mA, 0 - 24 mA, 0 - 60 mA, 0 - 240 mA, 0 - 1.2 A, 0 - 6 A

Při měření musíme zvolit co nejnižší rozsah, do kterého se nám veličina ještě vejde - tak zajistíme největší přesnost. Rozsahy jsou realizovány připojením bočního odporu :

Schéma ampérmetru

RAA

RB

BA

BA

RRRRR

Změnou rozsahu si tak ale změníme celkový vnitřní odpor přístroje a tedy ovlivníme měřený obvod trochu jiným způsobem - to je třeba mít při měření vždy na paměti !

Page 5: Základní měřicí techniky

Měření elektrických veličin - proud

Další způsob, jak měřit proud, je pomocí intenzity magnetického pole v okolí vodiče pod proudem. Obvykle se využívá Hallova jevu (viz přednášky z fyziky).

Intenzity pole jsou obvykle malé a proto se tento princip využívá zejména u silových rozvodů. Tam je rovněž výhodou, že metoda je bezkontaktní - rozpojovat vysokonapěťové vodiče a instalace ampérmetru je úloha nesnadná, nebezpečná a leckdy za provozu vyloučená.

Klešťový ampérmetr

--

--

-

--

--

-

-

--

- +

Page 6: Základní měřicí techniky

Měření elektrických veličin - napětíChceme-li měřit napětí, použijeme stejný princip jako u měření proudu, připojíme ale přístroj bočně k proměřovanému obvodu :

Měřený obvod

I2I1

V0

RV

V

Proud I0 se tak rozdělí na I1 a I2. Měřené napětí V0 je přímo úměrné proudu I1, proto požadujeme, aby proud I2 byl co nejmenší - a to zařídíme tak, že maximalizujeme vnitřní odpor voltmetru RV.

I0

VR

Page 7: Základní měřicí techniky

Měření elektrických veličin - napětíI když má předchozí princip měření napětí široké uplatnění, existují situace, kdy je nežádoucí - například chcete-li změřit napětí na nabitém kondenzátoru, nesmí voltmetrem téct žádný proud - jinak by se kondenzátor vybil.

-- -- -- --

V

Schéma elektrostatického voltmetru

V takovém případě lze použít elektrostatickou metodu, v níž se porovnává síla pružiny a síla přitahování dvou nabitých desek. Lze použít i pro relativně vysoká napětí do cca 1kV, poté ale už začne nějaký proud téct voltmetrem i tak (svodo-vý proud).

Přístroj z roku 1920

Page 8: Základní měřicí techniky

Kompenzační metoda měření napětíChceme-li měřit napětí opravdu přesně a hlavně nechceme-li při tom ovlivnit měřený obvod vůbec, použijeme tzv. kompenzační metodu.

μAU = ?Un

Metoda vychází z faktu, že zatímco absolutní velikost proudu jde určit s poměrně malou přesností, tak to, zda proud prochází či nikoliv lze určit s přesností velkou.

Máme-li dobře známý měnitelný zdroj napětí a zapojíme-li jej k měřenému napětí přes citlivý ampérmetr, ukáže tento nulovou výchylku v tom případě, že Un = U. Najdeme-li tedy takové nastavení Un, kdy je proud nula, je napětí U vykompenzovánu napětím Un a obě napětí jsou tedy stejná.

Princip kompenzační metody

Page 9: Základní měřicí techniky

Třída přesnosti přístroje a odečítání údajůPři odečítání údajů z ručičkových přístrojů je třeba si uvědomit, že ručička je v určité vzdálenosti od stupnice a že tedy záleží na tom, pod jakým úhlem se na přístroj díváme.

Špatně Dobře

Pro zajištění kolmosti experimentátorova pohledu jsou

ručičkové přístroje obvykle opatřeny zrcátkem umístěným

těsně vedle stupnice. Při pohledu jedním okem musíme docílit

zákrytu ručičky a jejího odrazu v zrcadle - pak ručička ukazuje na

správnou hodnotu.

Sám přístroj je ovšem zatížen nějakou chybou - čím kvalitnější, tím menší chyba. Tato chyba je určena výrobcem přístroje zařazením to takzvané třídy přesnosti - podle našich norem jsou třídy 0.05, 0.1, 0.2, 0.5, 1, 1.5, 2.5 a 5. Tato čísla udávají relativní chybu přístroje v maximálním rozsahu stupnice v procentech :

%100/pxx kde p je třída přesnosti.

Page 10: Základní měřicí techniky

Odečítání údajů z ručičkových přístrojů

Ukázka popisu stupnice ručičkového ampérmetru. Všimněte si, že přístroj může měřit na čtyřech rozsazích. Nejvyšší dílek stupnice vždy odpovídá maximu zvoleného rozsahu a ostatní dílky je třeba dopočíst. Z třídy přesnosti pak ΔA = 6A * 0.005 = 0.03 A

Page 11: Základní měřicí techniky

Odečítání údajů z ručičkových přístrojů

Page 12: Základní měřicí techniky

Převod veličin na elektrické signályVětšina současných měření fyzikálních veličin převádí měřenou veličinu na proud či napětí. Způsobů jak to udělat je nepřeberně mnoho. Jako příklad si uveďme měření teploty pomocí termistoru.

Termistor je polovodičová součástka, která v závislosti na teplotě mění svůj odpor. Velikost odporu termistoru lze vyjádřit přibližně jako

KeRTR TB

0kde B je konstanta pro danou součástku (může být kladná i záporná, odpor termistoru může se vzrůstající teplotou růst i klesat) a K nějaká konstanta. Zapojíme-li termistor do série se zdrojem konstantního napětí a ampérmetrem, pak

VA charakteristika

termistoru (B < 0)

A

KeR

URUTI

TB

0

0)(

Page 13: Základní měřicí techniky

Převod veličin na elektrické signályVětšina současných měření fyzikálních veličin převádí měřenou veličinu na proud či napětí. Způsobů jak to udělat je nepřeberně mnoho. Jako příklad si uveďme měření teploty pomocí termistoru.

VA charakteristika

termistoru (B < 0)

Pokud bychom jako měřící přístroj používali ručičkový ampérmetr, museli bychom ještě patřičně označit stupnici - ta by ovšem nebyla v Ampérech, ale ve OC. Pokud bychom pro konkrétní součástku přesně znali B a K, dala by se stupnice vytvořit ze stupnice s Ampéry pomocí přepočtu.

Bez těchto znalostí se dá určit experimen-tálně pomocí tzv. kalibrace - kalibrační křivky.

KeR

URUTI

TB

0

0)(

Page 14: Základní měřicí techniky

Kalibrační křivka

Kalibrace je experimentální proces opačný k vlastnímu měření. Pomocí nějakého zařízení (termostat) nastavíme známé podmínky (teplotu) a zjistíme proud, který přístroj vrací. Z několika takto naměřených dvojic určíme závislost teploty na proudu pomocí fitování (buď teoretickou závislostí nebo Taylorovým polynomem).

T [0 C

]

I [A]

1

0

0

0

0 ln)()(

KIR

UBITKeR

URUTI

TB

T [0C] I [A]0,1 1,001 1,372 1,613 1,724 1,785 1,82

10 1,9020 1,9530 1,9740 1,9850 1,98

)(ITT

Page 15: Základní měřicí techniky

Kalibrační křivkaKalibrace se provádí i v případě, že máme k dispozici přesný laboratorní přístroj a chceme ocejchovat stupnici méně přesného přístroje (například pro terénní sběr dat). V takovém případě měříme veličinu oběma přístroji a vytvoříme kalibrační křivku jako :

Méně přesný přístroj

Přes

ný p

řístr

oj

Při měření horším přístrojem pak přes změřenou závislost převedeme změřenou veličinu na hodnotu, kterou by změřil lepší přístroj (tj. na důvěryhodnější hodnotu).

Page 16: Základní měřicí techniky

Převod veličin na elektrické signály

Uveďme si nyní mnohem složitější příklad z oblasti částicové fyziky. Spektrometr HADES (GSI Darmstadt) má za úkol měřit energie elektron-pozitronových párů pocházejících z relativistických srážek těžkých jader. Aby mohl určit energie částic, měří jejich hybnost (pomocí zakřivení dráhy v magnetickém poli) a rychlost metodou TOF (time-of-flight). Při této metodě se měří čas, který částice potřebuje na průlet známou vzdáleností. Průlet částice TOF stěnou zaznamenávají scintilační detektory.

Page 17: Základní měřicí techniky

Převod veličin na elektrické signály

PMT L PMT R

části

ce

Scintilátor je materiál, který na průlet nabité částice reaguje zábleskem. TOF stěna HADESu je tvořena řadou scintilačních tyčí hustě vedle sebe. Každou tyč ukončuje na obou stranách fotonásobič (PMT), což je zařízení, které převede světelný signál na signál elektrický.

Fotonásobič vygeneruje signál, jehož amplituda je úměrná energii záblesku a lze jej tedy použít pro spektroskopická měření, v TOF metodě ale jde pouze o to, kdy signál vznikl.

Čas [ms]

Nap

ětí [

V]

Page 18: Základní měřicí techniky

Převod veličin na elektrické signály

PMT L PMT R

části

ce

Stanovíme-li, že doba interakce je T=0, označíme-li naměřené časy vlevo a vpravo jako TL a TR , vlastní dobu letu částice jako t0 a časy, které potřebuje světlo ve scintilační tyči na cestu od místa zásahu k fotonásobičům jako tL a tR, pak lze snadno odvodit, že

cLTTt

tTtTctctcL

tTttTt

ttTttT

RL

RLRL

RR

LL

RR

LL

21

0

00

0

0

0

0

kde L je celková délka tyče a c rychlost světla v daném materiálu. Pokud časy od sebe odečteme, můžeme dopočítat polohu v tyči, kde k zásahu částicí došlo.

PMT

L

PMT

R

t0, 7 m

tL

tR

Srážka

L

Page 19: Základní měřicí techniky

Převod veličin na elektrické signály

PMT L PMT R

části

ce

Jak ale ze dvou elektrických signálů, které nějak po sobě vygenerují fotonásobiče L a P, získat čas v nějaké srozumitelné formě (tj. srozumitelné pro počítač)? Je-li vzdálenost terčíku a TOF stěny HADESu sedm metrů, pak typické časy letu částic budou cca stovky nanosekund (doba letu světla v tyči cca desítky ns) a takové malé hodnoty rozhodně nelze zpracovat pomocí jakýchkoliv klasických hodin - pouze pomocí elektroniky.

nscs

vst 3.23

1037

8min

Page 20: Základní měřicí techniky

Převod veličin na elektrické signály

PMT L PMT R

části

ce

Zpracování signálu má konkrétně v TOF HADESu následující kroky :

a) Diskriminace - odříznutí příliš malých signálů a "ocasu" signálu :

Důvod k tomuto kroku je odříznutí dlouhého "ocasu" signálu, se kterým se obtížně pracuje a hlavně zrušení všech drobných parazitních signálů a šumů (které bývají o mnoho menší než signál od částice a diskriminátor je tedy odstraní úplně).

Page 21: Základní měřicí techniky

Převod veličin na elektrické signály

PMT L PMT R

části

ce

Zpracování signálu má konkrétně v TOF HADESu následující kroky :

b) Zpoždění - posun obou signálů na časové ose doprava

Toto se dělá kvůli spolupráci s ostatní elektronikou - zpracování signálu musí počkat na informaci např. START detektoru (který určuje dobu interakce jádrem tj. počátek T=0). Kromě toho tak lze jednotlivé tyče sladit (výsledné časy mohou mít u různých tyčí různé ofsety kvůli různým délkám datových kabelů).

Page 22: Základní měřicí techniky

Převod veličin na elektrické signály

PMT L PMT R

části

ce

Zpracování signálu má konkrétně v TOF HADESu následující kroky :

c) Převod času na signál

Pomocí nabíjení kondenzátoru (první signál zahájí nabíjení kondenzátoru, druhý nabíjení ukončí) se časová vzdálenost převede na napětí. Obdobně se na napětí převede součet časů (nabíjení dvou kondenzátorů). Napětí jsou úměrná hledaným veličinám a je možné s nimi dále pracovat.

)(),( RL TTVtV t

Page 23: Základní měřicí techniky

Převod veličin na elektrické signály

PMT L PMT R

části

ce

Zpracování signálu má konkrétně v TOF HADESu následující kroky :

d) Převod signálu do digitální podoby

Napětí se pak pomocí analogově/digitálního převodníku (AD) převede na digitální signál a přenese se do počítače zodpovědného za sběr dat z experimentu. Pomocí PC se také provede kalibrace - převod V zpět na TL + TR a určení konstanty L/c ve vzorci

)(),( RL TTVtV 10010101110111010111101000101

cLRL TTt 21

0

Poté lze stanovit dobu letu každé částice, která zasáhla TOF stěnu (a také přibližnou polohu této události).

Page 24: Základní měřicí techniky

CAMAC a VMEPro sestavování podobných "kouzel" se signály slouží několik systémů modulární elektroniky, například starší CAMAC nebo novější VME.

Pro oba systémy se vyrábějí elektronické

moduly, které provádějí vybrané činnosti s příchozími signály

(diskriminátor, zpožďovač, časově-amplitudový převodník, AD/DA

převodník) a zároveň umožňují snadnou

komunikaci s počítači v obou směrech (sběr dat i

řízení experimentu).

Page 25: Základní měřicí techniky

AD převodníkyAD převodníky slouží k převodu velikosti napětí na binární kód (číslo).

...AD převodníkUx

URef

Binární výstup

Jako vstup převodník vyžaduje neznámé napětí - tj. napětí, které má převést (Ux) a referenční napětí URef, které určuje maximální možnou hodnotu Ux. Takové napětí se převede na nejvyšší možné číslo, tj. 11111... . Některé převodníky také pracují v reálném čase a vyžadují určení hodinového taktu.

URef

U3

U2

U1

255 65535 4294967295

185 47661 3123612578

115 29788 1952257861

23 5957 390451572 8bit 16bit 32bit

Page 26: Základní měřicí techniky

AD převodníky

Jedna z možností, jak převodník realizovat, je tzv. přímý převod. Tvoří jej řada operačních zesilovačů porovnávajících vstupní napětí se zlomky napětí referenčního (řešeno odporovým děličem). Po přiložení vstupního napětí tak jeden ze zesilovačů dá kladný výstup, ostatní nulu - a následná elektronická logika toto převede na binární číslo.

Metoda je velice rychlá, ale výroba takovýchto čipů je drahá - pro každý kanál (tj. možné číslo na výstupu) zde musí být jeden zesilovač a několik dalších elektronických prvků. Obvykle se tyto převodníky nedělají více než s 8 - 10 kanály (8 - 10 bitů na výstupu).

Page 27: Základní měřicí techniky

AD převodníky

Další metoda je zpětnovazební převodník. Má dva režimy - s postupnou aproximací a sledovací. Převodník s postupnou aproximací zkouší postupně nastavovat jednotlivé bity pomocného DAC od nejvyššího k nejnižšímu a tento výstup porovnává s Ux. Pracuje metodou půlení intervalů (binární kód) v M-krocích.

URef

Ux

krok 1

krok 2krok 3krok 4

Hledané napětí bylo nalezeno ve čtyřech krocích. Maximální počet kroků závisí na počtu výstupních kanálů.

Page 28: Základní měřicí techniky

AD převodníkyPostupná aproximace může být pomalá, pokud požadujeme kontinuální převod nějakého signálu v reálném čase (např. nahrávání hudby). V takovém případě je lepší sledovací režim :

URef

Ux

Časové vzorky

Dosažení správné úrovně

Dosažení správné úrovně

Page 29: Základní měřicí techniky

Odbočka - operační zesilovač

U-

U+

US+

US-

Uout-

+

Operační zesilovač (OZ) je součástka se dvěma vstupy (U+, U-) a jedním výstupem (Uout). Kromě toho má také napájecí vstupy (US+, US-). Značí se jako trojúhelník s výstupem na hrotu a vstupy na protější straně, s tím, že napájecí nožičky se většinou ani nekreslí. Většinou jde o malý integrovaný obvod se složitým vnitřním zapojením. Vyznačuje se těmito vlastnostmi:

•Jeden ze vstupů je značen "+", druhý "−" a OZ zesiluje rozdíl jejich napětí.

•Má velmi značné zesílení (obvykle v řádu 105 x). Pokud je napětí na U+ vstupu jen o málo vyšší než na U− vstupu, výstupní signál je kladný, jinak je záporný.

•Vstupy mají obrovský vstupní odpor - OZ je ovládán napětím a ze vstupů neodebírá skoro žádný proud.

Parametry ideálního OZ :

ARR outin 0

Zesílení

Page 30: Základní měřicí techniky

inout

out

URRUU

UAUA

1

00

Odbočka - operační zesilovačExistuje nepřeberné množství zapojení této součástky, včetně např. integrátoru a derivátoru, tj. obvodu, který vrací integrál resp. derivaci vstupního signálu, nám jde ale jen o to nejzákladnější, a to jako zesilovač se zpětnou vazbou. Pohlédněme na následující schéma a vzpomeňme na Kirchoffovy zákony :

-

+ Uout

Uin

R1

R0

ΔU

I I0ΔI

1

1

RUUI

UURI

in

in

00

00

0RUUII

UUAIRI

out

out

00 IIII

Poměr zesílení se zmenšuje na poměr odporů R0 a R1, soustava ale získává na stabilitě. Otáčí se polarita napětí.

Page 31: Základní měřicí techniky

DA převodníky

DA převodníky mají opačnou funkci - digitální vstup převádí na napětí. Je opět několik možností, jak je sestavit. Nejnázornější je jednoduchá odporová síť. Následující schéma zobrazuje hypotetický 3-bitový DA převodník:

...DA převodník

Uout

URef

Binární vstup

2R

R

URef4R

8RUx

+-

Označme RD celkový odpor sítě mezi referenčním napětím a zesilovačem. Víme, že platí

refD

x URRU

Přiřaďme jednotlivé spínače příchozímu binárnímu číslu. Spínači ovládající největší odpor bude přiřazen nejméně signifikantní bit. Pak lze snadno ukázat, že obvod vrátí N/23

zlomek referenčního napětí. Lze to samozřejmě ukázat pro libovolný počet kanálů. refxrefx

refxrefx

refxrefx

refxrefx

UUUU

UUUU

UUUU

UUUU

87

83

86

82

85

81

84

80

:111:011

:110:010

:101:001

:100:000

Page 32: Základní měřicí techniky

DA převodníky

Další možností je R-2R odporový žebřík. Lze ukázat, že platí

2R2R

R2R

R

2R

R

2R

. . .

. . .

. . .

URef

Uout

bit 0 bit 1 bit 2 bit N

R-2R žebřík. . .

+-

3R

2R

refNout UVU 2

kde V je číslo reprezentované binárním vstupem a N počet kanálů (bitů).

Page 33: Základní měřicí techniky

Sběr dat pomocí PCZpracování dat a řízení experimentu se v dnešní experimentální fyzice bez rychlé elektroniky počítače neobejde.

Elektronické soustavy DAQ

Převod do PC

Zpracování surových dat na

něco, co má fyzikální smysl

Odečítání stavu detektoru

Ovládání detektoru

Page 34: Základní měřicí techniky

Práce s nejběžnějšími přístrojiNež se člověk naučí běhat maraton, musí umět nejprve alespoň lézt po čtyřech. Proto teď nebudeme rozvádět všechny taje, zákoutí a subsystémy gigantických experimentů, ale podíváme se na nejběžnější přístroje, které se vyskytují v laboratořích.

Digitální multimetr

Osciloskop

Generátor signálu a čítač

Digitální multimetry jsou přístroje pro měření základních elektrických veličin. Jako příklad si uvedeme přístroj METEX M-3890D, se kterým později budeme i cvičit.

Page 35: Základní měřicí techniky

Digitální mutlimetrDigitální multimetry jsou přístroje pro měření základních elektrických veličin. Jako příklad si uvedeme přístroj METEX M-3890D, se kterým později budeme i cvičit.

• Proud v rozsahu mikroampér

• Proud v rozsahu miliampér

• Proud v rozsahu do 20 A

• Střídavé i stejnosměrné napětí do 500 V

• Frekvence

• Kapacita

• Test tranzistorů a diod

• Test logických prvků

• Test vodivosti kabelů a součástek

• Teplota

Funkci volíme otočným kolečkem uprostřed, podle zvolené funkce je třeba použít správné svorky a kabely.

Page 36: Základní měřicí techniky

Digitální mutlimetrDigitální multimetry v sobě spojují funkce ampérmetru, voltmetru a dalších přístrojů. Skládá se z obvodů vstupního děliče (VD) a zesilovače (Z), které slouží ke změně měřicích rozsahů, AD převodníku, z logické řídící jednotky (ŘJ) a displeje (D). Pro měření proudů slouží převodník proudu na napětí (PPN), pro měření odporů převodník odporu na napětí (PON). Pro měření střídavých napětí je před A/D převodník zařazen převodník střídavého na stejnosměrné napětí (ST/SS).

Kvalitnější multimetry jsou doplněny mikroprocesorovým obvodem, který zajišťuje automatické přepínání rozsahů, zobrazení maximální, nebo minimální hodnoty, zapamatování naměřené hodnoty, průměrování výsledků za delší časový interval. Některé multimetry jsou vybaveny obvody standardizovaného rozhraní, které umožňuje komunikaci s PC a s dalšími přístroji v měřicím systému.

Proudy převádíme na napětí pomocí bočníku, na kterém měříme napětí (obr. b).

a/ Blokové schéma multimetru b/ Princip měření proudůc/ Princip měření odporů d/ Princip měření polovodičů

Page 37: Základní měřicí techniky

Generátor + čítačGenerátor s čítačem slouží jako zdroj střídavého signálu se sinusovým, případně pilovitým nebo jiným průběhem. Čítač pak slouží k určení frekvence periodického signálu. Jako příklad si uvedeme přístroj METEX MXG-9810A, se kterým později budeme i cvičit. • Generování signálů s frekvencí řádově do stovek MHZ• Několik typů signálů (pila, obdélník, sinus)• Volba velikosti amplitudy• Sweep• Měření frekvence vstupního signálu

METEX MXG-9810AJednoduchý sinový generátor

Page 38: Základní měřicí techniky

OsciloskopOsciloskop slouží pro zobrazení časového průběhu elektrického signálu. Jako příklad si uvedeme přístroj Protek 6510, se kterým později budeme i cvičit.

Page 39: Základní měřicí techniky

Osciloskop - základní princip

A

B

C

B

C

Elektronové dělo

Svazek elektronů

Vychylovací destičky (X)

Vychylovací destičky (Y)

Fosforeskující obrazovka

Osciloskop funguje velice podobně, jako klasická CRT televize. Elektronové dělo generuje svazek e- s intenzitou danou signálem A. Tento svazek je vychýlen destičkami dle signálů B a C a dopadá na fosforeskující stínítko.

Trojice signálů A, B a C u televize kóduje jas určitého bodu na obrazovce. Osciloskop má signál A konstantní, na jasu bodu nezáleží, důležitá je pouze jeho poloha.

Signál B je pilovitý a určuje tzv. časovou základnu - tj. rychlost, s jakou bod kmitá zleva doprava. Jako C se pak připojí měřený signál. Při vhodné volbě frekvence B je pak tvar signálu vykreslen na obrazovku jako funkce V(t).

Page 40: Základní měřicí techniky

Osciloskop - trigger

Návrat svazku (časová základna) ovšem nemůže být zcela pravidelná, je potřeba ji nějakým způsobem řídit. Kdyby se na destičky B přivedla konstantní frekvence, neviděli bychom nic.

Page 41: Základní měřicí techniky

Osciloskop - trigger

Návrat svazku (časová základna) ovšem nemůže být zcela pravidelná, je potřeba ji nějakým způsobem řídit. Kdyby se na destičky B přivedla konstantní frekvence, neviděli bychom nic.

Page 42: Základní měřicí techniky

Osciloskop - trigger

Po každém průběhu musí být návrat svazku pozdržen tak, aby se tvar signálu začal vykreslovat vždy v tom samém místě. Přesněji řečeno, návrat svazku je spuštěn tím, že napětí signálu a jeho derivace dosáhne určité hodnoty (tj. byla dosažena celá perioda). Tomuto principu se říká trigger.

Triggrovací hladina (napětí a derivace signálu) se obvykle u jednodušších osciloskopů nastavuje ručně nebo lze návrat svazku spustit nějakým dalším signálem z externího zdroje.

trig

ger

Page 43: Základní měřicí techniky

Osciloskop Protek 6510

Vstupní dělič - umožňuje nastavit velikost obrázku na ose Y.

Osciloskop má dva vstupy - lze najednou zobrazit dva signály.

Volba časové základny. Aby byl signál vidět, musí být perioda

návratu svazku řádově shodná s frekvencí vstupního signálu.

Volba triggrovací úrovně.

Page 44: Základní měřicí techniky

Shrnutí

• Měření proudu a napětí

• Třída přesnosti a popisy ručičkových přístrojů

• Převod veličin na elektrické signály

• Kalibrace a kalibrační křivka

• Modulární elektronika, AD/DA převodníky

• Multimetry, generátory a osciloskopy

Cvičení : práce s multimetrem, generátorem a osciloskopem