«Факультет военного образования А. Г. Леонтьев, А. А. Васильченко И. А. Павлов, Н. А. Егоров ПОВЕРКА И РЕМОНТ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ Учебное пособие Санкт-Петербург 2006 г. Учебное пособие предназначено для ...»

Приемник-компаратор Ч7-38 предназначен для определения отклонения частоты кварцевых или атомных мер частоты относительно частоты эталонных сигналов, передаваемых радиостанциями длинных и сверхдлинных волн.

Приемник-компаратор ЧК7-49 предназначен для определения отклонения частоты кварцевых или квантовых мер частоты и их метрологических характеристик по отношению к частоте сигналов эталонных частот, передаваемых радиостанциями длинных волн.

Для поверки рабочих эталонов частоты и времени могут использоваться (рис. 2.16. а, б, в):

- квантовые стандарты частоты и времени с частотными компараторами;

- эталонные сигналы частоты и времени, передаваемые по радиоканалам, с приемниками - компараторами;

- эталонные сигналы частоты и времени, передаваемые в шестой строке нечетных кадров телевизионного сигнала.

Поверка стандартов частоты и времени проводится не реже 1 раза в год в соответствии с ТО (в некоторых случаях по ГОСТ 8.441-81). При этом проводится определение:

- величины напряжения выходных сигналов;

- относительной погрешности по частоте;

- среднеквадратического отклонения частоты за время Т.

Рис. 2.16. Структурная схема поверки по частоте стандартов частоты и времени а) при помощи стандарта частоты и частотного компаратора;

б) при помощи приемника – компаратора по эталонным сигналам, передаваемым по радиоканалам;

в) при помощи телевизионного приемника и селектора сигналов частоты и времени по телевизионному сигналу (6 строка).

2.4.3. Калибраторы осциллографов импульсные Для поверки электронно-лучевых осциллографов (ЭЛО) типа С1 в качестве рабочих эталонов используются калибраторы осциллографов импульсные типа И1.

Такие калибраторы являются многофункциональными приборами, вырабатывающими сигналы калибровки осциллографов с частотным диапазоном до 350 МГц.

Упрощенная структурная схема прибора типа И1 представлена на рис. 2.17.

Рис. 2.17. Упрощенная структурная схема калибратора осциллографов типа И В состав прибора входят:

- источник калиброванных напряжений (ИКН);

- калибратор коэффициента отклонения канала вертикального отклонения ЭЛО – калибратор напряжения (КН);

- калибратор длительности разверток ЭЛО – калибратор временных интервалов (КВИ);

- калибратор переходной характеристики канала вертикального отклонения ЭЛО – калибратор времени нарастания (КВН);

- схема для проверки запуска схем синхронизации ЭЛО от сети – схема синхронизации (СС);

- блок питания.

Калибратор напряжения (КН) строится по принципу создания ряда дискретных значений напряжения методом деления напряжения от прецизионного высокостабильного источника калиброванных напряжений (ИКН), который может работать в режимах калибровки и девиации напряжения (режиме измерения погрешности калибровки КВО ЭЛО).

Калибратор временных интервалов (КВИ) генерирует сигналы с рядом дискретных значений длительности периода следования методом деления и умножения высокостабильного задающего генератора, образуя сетку интервалов времени ступенями 1 – 2 – 5 в диапазоне от 10 нс до 10 с.

Он может работать в режимах калибровки и девиации периода следования (режиме измерения погрешности калибровки длительности разверток КГО ЭЛО).

Калибратор времени нарастания (КВН) из сигнала задающего генератора формирует прямоугольный импульс с коротким фронтом ( ф 1нс ) и периодом следования от 1 мкс до 1 с. Также имеет режимы калибровки и девиации.

Полоса пропускания поверяемого осциллографа определяется формулой f в.

Схема синхронизации (СС) обеспечивает выдачу сигнала синхронизации с частотой сети для проверки запуска схем синхронизации ЭЛО от сети.

Блок питания вырабатывает напряжения питания схем калибратора.

В настоящее время производятся приборы И1-9; И1-12; И1-14;

И1-15; И1-16; И1-17; И1-18. Их поверка осуществляется в соответствии с методикой поверки, приведенной в техническом описании с периодичностью в 2 года.

2.5. ПОВЕРКА ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

Измерительные генераторы (ИГ) – источники электрических колебаний, параметры которых (частота, напряжение или мощность, коэффициент модуляции) могут регулироваться в некоторых пределах и отсчитываться с гарантированной для данного прибора точностью.

Согласно ГОСТ 15094-86 измерительные генераторы классифицируются по частоте и форме сигналов. Наиболее широкое распространение получили:

Г3- генераторы сигналов низкочастотные (20Гц – 300 кГц);

Г4 – генераторы сигналов высокочастотные (ВЧ 30 кГц – 50 МГц;

УВЧ 50 МГц – 300 МГц; СВЧ 300 МГц – 100 ГГц);

Г5 – генераторы импульсов (1 кГц – 200 МГц).

К измерительным генераторам предъявляются следующие основные требования:

1) сохранение заданной формы генерируемых сигналов во всем диапазоне частот;

2) широкие пределы изменения амплитуды и частоты выходного сигнала;

3) постоянство выходного напряжения (мощности) при изменении частоты;

4) стабильность генерируемых частот;

5) высокая точность установки частоты и уровня выходного напряжения (мощности);

6) согласованность выхода генератора с нагрузкой.

';

Точности, с которыми отсчитываются параметры выходного сигнала, определяют метрологические характеристики ИГ. Основная приведенная погрешность, выраженная в процентах, численно равна классу точности ИГ по каждому параметру отдельно. Например: обозначение (F1U5АМ10) присваивается ИГ, который имеет наибольшие допустимые погрешности по частоте – 1%, по уровню выходного сигнала – 5% и по установке коэффициента амплитудной модуляции – 10%.

Основные погрешности ИГ, их составляющие и причины сведены в таблицу 2.5.

Таблица 2.5.

Основная по- - неточность градуировки шкалы (из-за неточности грешность уста- нанесения рисок шкалы или числовых значений частоновки частоты ты и погрешности меры, по которой производилась - уход и нестабильность параметров элементов задающего генератора.

Основная по- - погрешность установки опорного уровня выходного грешность уста- напряжения;

новки выходного - погрешности аттенюатора.

напряжения (мощности) Основная по- - неточность градуировки шкалы отсчетного устройгрешность уста- ства;

новки опорного - частотная зависимость устройства установки опоруровня напряже- ного уровня выходного напряжения;

ния - отклонение значения нагрузки, на которой производится градуировка, от реальной.

Основная по- - неточность градуировки его шкалы;

грешность ослаб- - зависимость ослабления аттенюатора от частоты ления аттенюато- сигнала;

ра - отклонение сопротивления нагрузки от номинального.

Окончание таблицы 2. Искажения фор- - неидеальность процессов формирования его;

мы сигнала (ко- - возникновение нелинейных искажений в процессе эффициент гар- усиления сигнала;

Нестабильность - нестационарность процессов в конструкции ИГ;

параметров сиг- - влияние внешних условий;

нала (частоты, - дрейф параметров элементов ИГ.

амплитуды и формы) Отмеченные основные погрешности и их причины в значительной степени определяют выбор операций поверки ИГ, а также методы их выполнения.

Генераторы сигналов низкочастотные (Г3) являются источниками электрических синусоидальных колебаний на частотах от 20 Гц до 300 кГц. Модуляция сигналов по амплитуде, как правило, отсутствует.

Выходное напряжение регулируется от долей милливольт до 5 В (реже – до 150 В). Выходная мощность при согласованной нагрузке достигает значений от 1 мВт до 10 Вт.

Обобщенная структурная схема генератора синусоидальных сигналов низкой частоты (ГНЧ) представлена на рис. 2.18. Схема ГНЧ содержит:

задающий генератор (ЗГ), усилитель мощности (УМ), выходное устройство (Выход. У), измерительное устройство (ИУ).

Рис. 2.18. Обобщенная структурная схема генератора сигналов низкой частоты Поверка низкочастотных генераторов регламентируется ГОСТ 8.314ГСИ. Генераторы низкочастотные измерительные. Методы и средства поверки» и техническими описаниями конкретных ИГ.

Периодичность поверки ГНЧ, т.е. межповерочный интервал, обычно 3 года. По нормативам на поверку ГНЧ отводится в среднем 4 – 10 часов.

Операции поверки метрологических характеристик (МХ) ГНЧ, методы и средства поверки представлены в таблице 2.6.

Допускается применять для поверки и другие средства измерений, имеющие погрешность не более 1/3 предела допускаемой погрешности поверяемого параметра генератора.

Поверка низкочастотных генераторов (Г3) регламентируется ГОСТ 8.314-78 «ГСИ. Генераторы низкочастотные измерительные. Методы и средства поверки» и техническими описаниями конкретных ИГ.

Таблица 2. Погрешность Метод прямых измерений частоты ГНЧ Ч3- установки часто- электронно-счетным частотомером не менее Ч7- ты по шкале ча- чем в 5 числовых отметках каждого поддиастот пазона (в т.ч. начальная и конечная отметка каждого поддиапазона). Измерения проводят Для ГНЧ с диапазонно-кварцевой стабилизацией частоты основную погрешность Ч1- известной частотой, воспроизводимой стандартом частоты, на одной из частот диапазона. Отклонение частоты определяют с помощью компаратора.

Погрешность На любой частоте диапазона частот ГНЧ Ч3- установки ча- прямым измерением частоты при помощи стоты по шкале ЭСЧ на всех числовых отметках шкалы ининтерполяции терполяции.

Нестабильность Определяют на частотах, указанных в НТД Ч3- частоты на конкретный ГНЧ, измерением её при помощи ЭСЧ или измерением отклонения частоты ГНЧ от эталонной, воспроизводимой Ч1- включенной номинальной нагрузке в течение времени, указанном в НТД на поверяемой ГНЧ.

Окончание таблицы 2. Погрешность Определяют с помощью эталонного вольт- В3- установки вы- метра на опорной частоте при номинальной ходного (опор- нагрузке. Если в формуляре (ТО) не указано ного) напряже- значение опорной частоты, то её выбирают У генераторов, имеющих в качестве измерительного устройства вольтметр со шкалой, трех отметках шкалы на каждом поддиапазоне вольтметра на опорной частоте и отметке, соответствующей номинальному выходному напряжению, не менее чем на пяти Погрешность Определяют с помощью эталонного вольт- В3- выходного атте- метра путем измерения напряжения на вынюатора ходе ГНЧ до введения аттенюатора и после его введения с последующим подсчетом коэффициента деления или методом замещения при помощи эталонного делителя напряжения. Коэффициент деления проверяют на всех числовых отметках при включенной номинальной нагрузке на опорной В технически обоснованных случаях допускается проводить поверку только на максимальной частоте.

Коэффициент Определяют при номинальных значениях С6- гармоник вы- выходного напряжения и нагрузки на опор- В6- ходного напря- ной частоте и пяти других частотах, включая С1- жения начало и конец диапазона. При измерении С4- используют измеритель нелинейных искажений, анализатор спектра или селективный В соответствии с этими нормативными документами при проведении поверки низкочастотных генераторов определяют:

- погрешность установки частоты по шкале частот;

- погрешность установки частоты по шкале интерполяции;

- нестабильность частоты;

- погрешность установки опорного уровня выходного напряжения;

- погрешность выходного аттенюатора;

- коэффициент гармоник выходного напряжения.

При проведении поверки ГНЧ могут быть использованы следующие средства измерений: стандарт частоты Ч1, частотный компаратор Ч7, электронно-счетный частотомер Ч3, электронные вольтметры В3, эталонный аттенюатор Д1, измеритель нелинейных искажений С6, анализатор спектра С4, вольтметр селективный В6, набор режекторных фильтров.

На рисунке 2.19 приведена схема измерения малых значений (менее 0,05%) коэффициентов гармоник выходного напряжения низкочастотного генератора.

Рис. 2.19. Структурная схема измерения малых значений коэффициентов гармоник выходного напряжения генератора Генераторы сигналов высокочастотные Измерительные генераторы высокочастотных сигналов (Г4) составляют большую группу источников гармонических – немодулированных или модулированных электрических колебаний в диапазоне свыше 30 кГц, параметры которых изменяются в широких пределах и фиксируются с нормированной погрешностью.

Генераторы этого вида делят на три подгруппы:

1. Генераторы высоких частот ГВЧ (30 кГц – 50 МГц).

2. Генераторы очень высоких частот ГОВЧ (30 МГц – 300 МГц).

3. Генераторы сверхвысоких частот ГСВЧ (300 МГц – 80 ГГц).

Генераторы отличаются: диапазоном генерируемых частот, типом задающего генератора, видами модуляции, типом выхода, способом настройки и возможностями измерительных устройств.

Упрощенная структурная схема генератора сигналов высокой частоты представлена на рисунке 2.20.

низкочастотный модулирующий Рис. 2.20. Упрощенная структурная схема генератора сигналов высокой частоты Задающий генератор должен обеспечить стабильность частоты и формы сигналов. Генератор модулирующий совместно с модулятором обеспечивает режим внутренней модуляции. Предусматривается и режим внешней модуляции. Выходное устройство обычно содержит калиброванные аттенюаторы и предназначено для изменения уровня выходного сигнала. Измерительное устройство обеспечивает контроль и измерение параметров выходного сигнала (частоты, амплитуды, коэффициента модуляции). Современные генераторы снабжаются также стандартными интерфейсами.

У ГВЧ и ГОВЧ задающий генератор строится как LC – генератор, а у ГСВЧ его выполняют на клистронах, диодах Ганна или лампах бегущей волны.

Составляющие основных погрешностей установки частоты и выходного уровня напряжения, а также их причины у ГВЧ аналогичны тем, которые были указаны для ГНЧ. К причинам, вызывающим искажения формы сигнала, кроме указанных для ГНЧ, добавляются: искажения сигнала в модуляторе; неточность градуировки шкалы аттенюатора, по которой устанавливается глубина модуляции; отклонение частоты внутреннего модулирующего генератора.

Поверка ГВЧ регламентируется ГОСТ 16863-71 «Генераторы измерительные диапазона частот 0,1…35 МГц. Методы и средства поверки».

В соответствии со стандартом при поверке ГВЧ определяют: погрешность установки частоты; кратковременную нестабильность частоты;

погрешность встроенного в генератор измерительного устройства; погрешность опорного уровня выходного напряжения; кратковременную нестабильность выходного напряжения; погрешность установленного ослабления аттенюатора; погрешность частоты внутреннего модулирующего генератора; погрешность установки коэффициента глубины модуляции; коэффициенты второй и третьей гармоник выходного напряжения в режиме непрерывной генерации.

При проведении поверки ГВЧ могут быть использованы следующие средства измерений: электронно-счетный частотомер Ч3; стандарт частоты Ч1; частотный компаратор Ч7; вольтметр В3; измерители ослабления сигнала Д1; измерители модуляции С2 и СК3; вольтметры селективные В6.

На проведение поверки ГВЧ отводится от 6 до 10 часов.

Погрешность установки частоты определяют в режиме непрерывной генерации методом прямых измерений частоты сигнала генератора с помощью частотомера на крайних и средних частотах каждого поддиапазона генератора.

Кратковременную нестабильность частоты определяют после самопрогрева генератора на средней частоте каждого поддиапазона, контролируя частоту при помощи частотомера в течение времени, указанного в ТО на генератор. За этот промежуток времени определяют наибольшее и наименьшее значения частоты, по которым вычисляют нестабильность частоты.

Погрешность вольтметра определяют только для генераторов, имеющих встроенный вольтметр с нормированной погрешностью измерения. Определение погрешности вольтметра производится методом сравнения показаний поверяемого и эталонного вольтметров на частотах и в числовых отметках шкалы, указанных в ТО.

Погрешность установки опорного уровня выходного напряжения определяют с помощью эталонного вольтметра, подключенного к калиброванному выходу генератора. Измерения производят на 4-5 частотах, равномерно расположенных по диапазону генератора, включая крайние частоты. При измерении опорного напряжения генератор должен быть нагружен на номинальную нагрузку.

Кратковременную нестабильность выходного напряжения определяют с помощью эталонного вольтметра путем измерения выходного напряжения в течение определенного промежутка времени. Измерения проводят после самопрогрева генератора на частотах и в течение промежутка времени, указанных в ТО, при уровне выходного напряжения, равном номинальному опорному значению. За этот промежуток времени определяют наибольшее и наименьшее значения напряжений, по которым вычисляют нестабильность.

Погрешность установленного ослабления аттенюатора определяют с помощью эталонного измерителя ослабления типа Д1 на всех числовых отметках его шкалы при 4-5 частотах, расположенных равномерно по диапазону генератора, включая крайние частоты.

Погрешность частоты внутреннего модулирующего генератора определяется прямым измерением частоты модулятора с помощью частотомера.

Погрешность установки коэффициента глубины амплитудной модуляции определяется методом сравнения показаний отсчетного устройства установки глубины модуляции поверяемого генератора с показаниями эталонного модулометра С2. Измерения проводят в 4-5 числовых отметках отсчетного устройства установки глубины модуляции при 3-4 значениях несущей частоты, указанных в ТО.

Коэффициенты 2-й и 3-й гармоник выходного сигнала определяют в режиме непрерывной генерации при номинальной нагрузке генератора с помощью селективных микровольтметров путем измерения напряжения соответствующих гармоник. Измерения проводят на средней частоте каждого поддиапазона генератора при номинальном уровне опорного выходного напряжения.

Коэффициент 2-й и 3-й гармоник (в %) определяют по формулам:

где U 1, U 2, U 3 - напряжения первой, второй и третьей гармоник выходного сигнала.

Поверка генераторов сверхвысоких частот Измерительные генераторы сверхвысоких частот (ГСВЧ) по типу выходного разъема делятся на генераторы с коаксиальным и волноводным выходами. Частотная граница этих двух групп генераторов находится в диапазоне 7-18 ГГц.

В связи с тем, что в ГСВЧ имеются частотная и импульсная модуляции, у них появляются дополнительные погрешности установки девиации частоты и длительности импульса, а также искажения его формы в процессе модуляции. Кроме того, режимы модуляции могут сопровождаться возникновением паразитных модуляций. Рассогласование же генератора и нагрузки приводит к появлению ложных сигналов, затягиванию частоты и иногда к срыву колебаний. Поэтому в ГСВЧ дополнительным нормируемым параметром является коэффициент стоячей волны выхода генератора, который характеризует отклонение действительного значения выходного сопротивления от номинального.

В соответствии с требованиями ГОСТ 8.322-78 «ГСИ. Генераторы сигналов измерительные. Методы и средства поверки в диапазоне частот 0,03 … 17,44 ГГц» при периодической поверке ГСВЧ определяют: погрешность установки частоты; максимальный уровень и пределы регулировки уровня сигнала на некалиброванном выходе генератора; погрешность установки опорного уровня сигнала на калиброванном выходе; погрешность установки ослабления аттенюатора; параметры генератора в режиме импульсной модуляции (РМ-параметры); коэффициент гармоник формы огибающей выходного сигнала при работе генератора в режиме амплитудной синусоидальной модуляции; погрешность установки коэффициента амплитудной модуляции; погрешность установки девиации частоты в режиме частотной синусоидальной модуляции.

Первичная поверка ГСВЧ дополнительно включает в себя определение: нестабильности частоты сигнала; погрешности модулирующей частоты в режиме внутренней амплитудной модуляции; дополнительной погрешности установки коэффициента амплитудной модуляции в диапазоне модулирующих частот: паразитной девиации частоты амплитудномодулированного сигнала; коэффициента гармоник формы огибающей выходного сигнала в режиме частотной синусоидальной модуляции; напряжения внешнего модулирующего сигнала, необходимого для обеспечения максимального значения девиации частоты; дополнительной погрешности установки девиации частоты в диапазоне модулирующих частот; паразитной амплитудной модуляции частотно-модулированного сигнала; коэффициента стоячей волны по напряжению выхода генератора; нестабильности уровня выходного сигнала.

При проведении поверки ГСВЧ могут быть использованы следующие средства измерений: ЭСЧ типа ЧЗ с блоками ЯЗЧ и преобразователем Ч5; термисторный микроваттметр поглощаемой мощности М3 с комплектом термисторных преобразователей М5; установки для поверки аттенюаторов типа Д1 или ДК-1; ЭЛО С1; генератор импульсов Г5, измерительные аттенюаторы Д3, измеритель коэффициента амплитудной модуляции С2; измерители модуляции СК3; измерители нелинейных искажений С6.

Погрешность установки частоты определяют в режиме непрерывной генерации путем прямого измерения частоты сигнала поверяемого ГСВЧ с помощью частотомера. Измерения проводят не менее чем на трех частотах каждого поддиапазона и не менее чем на пяти частотах для генераторов с одним диапазоном на числовых отметках, равномерно расположенных по всему диапазону генератора, включая крайние частоты.

Максимальный уровень сигнала на некалиброванном выходе генератора определяют с помощью ваттметра, подключенного непосредственно к выходу генератора. Измерения проводят в следующей последовательности: переключатель «Род работы» ставят в положение, при котором происходит генерирование непрерывных колебаний; устанавливают максимальный уровень сигнала на выходе генератора; генератор перестраивают на всем частотном диапазоне, а уровень сигнала контролируют ваттметром;

на частотах, где сигнал имеет максимальный уровень, измеряют его значение.

Определение пределов регулировки уровня сигнала проводят (рис. 2.21) в режиме непрерывной генерации на крайних частотах диапазона генератора. Органы регулировки уровня ставят в положение, соответствующее минимальной мощности ГСВЧ, а измерительный аттенюатор типа Д3 – в положение минимального ослабления А1 (дБ) и отмечают показание индикатора. Затем вводят максимальное ослабление аттенюатора, и органы регулировки уровня ставят в положение, соответствующее максимальной мощности ГСВЧ. Изменяя ослабление аттенюатора, указатель индикатора приводят в первоначальное положение и отмечают показания аттенюатора А2 (дБ). Пределы регулировки уровня сигнала генератора определяют как разность (А2 – А1).

Рис. 2.21. Структурная схема установки для определения Погрешность установки опорного уровня мощности определяют с помощью эталонного ваттметра, подключенного к калиброванному выходу ГСВЧ. Измерения проводят на крайних частотах диапазона генератора.

Погрешность установки ослабления аттенюатора определяют с помощью установок для поверки аттенюаторов типа Д1 (ДК1) на крайних частотах диапазона генератора. Ослабление измеряют относительно начальной числовой отметки, соответствующей опорному значению уровня сигнала генератора. Погрешность установки ослабления определяют для отметок шкалы, кратных десятичному множителю. Для ГСВЧ, содержащих несколько плавных или ступенчатых аттенюаторов, погрешность установки ослабления определяют для каждого аттенюатора в отдельности.

Определение параметров ГСВЧ при работе в режиме импульсной модуляции (РМ-параметров) проводят по структурной схеме, изображенной на рис. 2.22.

ГСВЧ ЭЛО

Рис. 2.22. Структурная схема установки для определения РМ-параметров ГСВЧ При определении РМ-параметров измеряют погрешность установки длительности импульсов и отклонение длительности выходных импульсов относительно модулирующих при внешней модуляции и параметры формы выходных импульсов относительно модулирующих при внешней модуляции и параметры формы выходных импульсов (длительность нарастания и спада, неравномерность вершины импульса).

Измерения проводят с помощью осциллографа. Вначале сигнал от генератора импульсов (ГИ) подают на ЭЛО и измеряют длительность модулирующего импульса И. МОД.. Затем сигнал от генератора импульсов подают на вход внешней модуляции поверяемого ГСВЧ, а на вход ЭЛО – продетектированный радиоимпульс с выхода ГСВЧ и измеряют его длительность И. ДЕТ., время нарастания и спада, неравномерность вершины импульса.

Отклонение длительности выходных импульсов измеряют на трех частотах (крайних и средней) диапазона (поддиапазона) ГСВЧ на уровне 0,5 амплитуды импульсов при максимальном и минимальном значениях их длительности. Отклонение длительности выходных импульсов относительно модулирующих определяют по формуле Время нарастания и спада импульсов измеряют между уровнями 0, и 0,9 амплитуды импульсов при максимальном и минимальном значениях длительности импульсов на одной частоте диапазона (поддиапазона) генератора. Неравномерность вершины импульса (в %) где Аmax и Amin - максимальное и минимальное значения напряжения вершины импульса на экране ЭЛО, мм.

Коэффициент гармоник формы огибающей выходного сигнала при работе ГСВЧ в режиме амплитудной синусоидальной модуляции определяют с помощью измерителя коэффициента амплитудной модуляции (модулометра) типа С2 и измерителя нелинейных искажений типа С6. К выходу ГСВЧ подключают модулометр с нормированным вносимым коэффициентом гармоник огибающей К Г. ВН.. К гнезду «Выход НЧ» модулометра подключают измеритель нелинейных искажений, который непосредственно измеряет коэффициент гармоник огибающей К Г. Коэффициент К Г. ВН. используемого модулометра должен быть, по крайней мере, в 3 раза меньше допускаемого значения коэффициента гармоник огибающей сигнала поверяемого генератора.

Коэффициент гармоник формы огибающей модулированного сигнала измеряют при работе ГСВЧ в режиме внешней и внутренней модуляции при коэффициентах амплитудной модуляции, указанных в ТО, на трех значениях несущих частот и на трех модулирующих частотах (крайних и средней).

Погрешность установки коэффициента амплитудной модуляции определяют при помощи эталонного измерителя коэффициента амплитудной модуляции типа С2. Измерения проводят в режиме внутренней модуляции на частоте 1000 Гц на трех несущих частотах диапазона генератора (крайних и средней) в трех числовых отметках шкалы модулометра (на краях и в середине шкалы).

Погрешность установки девиации частоты определяют с помощью эталонного измерителя модуляции при работе ГСВЧ в режиме внутренней частотной модуляции на частоте 1000 Гц на трех несущих частотах диапазона (крайних и средней) при уровне выходного сигнала, близком к опорному значению. Погрешность установки девиации определяют на всех пределах измерения встроенного в генератор устройства для отсчета девиации при трех значениях девиации (двух крайних и одной средней) на каждом пределе.

Измерительные генераторы импульсов (ГИ) являются источниками импульсных сигналов, которые могут различаться по форме, длительности, полярности, амплитуде, периоду повторения и т.д.

Генераторы прямоугольных импульсов (Г5) являются источниками одиночных, парных или периодических видеоимпульсных сигналов, параметры которых устанавливаются с заданной точностью.

Импульс считается прямоугольным (рис. 2. 23), если длительность фронта ф и длительность среза с меньше 0,3 - длительности импульса.

0,9Um 0,5Um 0,1Um Рис. 2.23. Осциллограмма прямоугольного импульса При этом ф и с определяются на интервале от 0,1U до 0,9U, а определяется на уровне 0,5U, где U – амплитуда импульса.

Для ГИ предусмотрена система параметров и погрешностей их установки:

- параметры амплитуды выходного импульса (U-параметры);

- параметры длительности импульса (t-параметры);

- параметры частоты повторения импульсов (F-параметры);

- параметры задержки выходного импульса относительно импульса синхронизации (D-параметры);

- одинаковая погрешность всех параметров (О-параметр).

Класс точности относится к одному параметру и определяет предел допускаемой основной относительной погрешности по этому параметру (например, t 0,1 F1U 10 D10 ), а при одинаковых значениях ГИ имеет обозначение класса точности О N.

Обобщенная структурная схема одноканального генератора прямоугольных импульсов приведена на рис. 2.24.

Основным элементом ГИ является задающий генератор (ЗГ), который может работать либо в автоколебательном режиме с частотой повторения F (режим внутреннего запуска), либо в режиме внешнего запуска через устройство синхронизации (УС). Сигнал от ЗГ подается на формирователь синхроимпульсов (ФСИ) и схему задержки (Сх.З) выходного сигнала относительно синхроимпульсов с ФСИ. Формирователь длительности (ФД) обеспечивает формирование импульсов определенной формы и длительности. Выходное устройство (Вых. У) обеспечивает необходимый уровень Um сигнала и фазоинверсный элемент для изменения полярности выходных импульсов. Делитель (Д) обеспечивает заданное ослабление выходного сигнала, а измерительное устройство (ИУ), если оно предусмотрено, чаще всего это пиковый вольтметр, отображает амплитудное значение напряжения импульса на входе делителя.

УС ФСИ ИУ Д

Рис. 2.24. Обобщенная структурная схема генератора прямоугольных импульсов Диапазон основных технических характеристик ИГ:

Длительность импульсов - от долей наносекунд до единиц секунд;

Частота повторения F – от сотых долей Гц до сотен МГц;

Амплитуда импульса Um – от долей вольта до десятков вольт;

Ослабление сигнала до 40 – 50 дБ;

Выходное сопротивление может составлять 50, 75, 500 и 1000 Ом;

Погрешность установки параметров импульсов до 10 %.

В соответствии с требованиями ГОСТ 8.206-76 «ГСИ. Генераторы импульсов измерительные. Методы и средства поверки» при поверке генераторов импульсов определяют: погрешность установки частоты (периода) повторения импульсов; погрешность установки длительности импульсов;

параметры искажений (длительность фронта и среза, выбросы на вершине и в паузе, неравномерность вершины основных импульсов); погрешность установки временного сдвига; погрешность установки амплитуды импульсов.

На поверку ГИ отводится от 6 до 8 часов.

Для проведения поверки импульсных генераторов рекомендуются следующие средства измерений: электронно-лучевой осциллограф типа С1; электронно-счетный частотомер типа Ч3; универсальный вольтметр типа В7; генератор сигналов высоких частот типа Г4.

Погрешность установки частоты (периода) повторения импульсов определяется методом прямого измерения с помощью ЭСЧ типа Ч3 не менее чем в трех числовых отметках шкалы каждого поддиапазона многодиапазонных генераторов и не менее чем в пяти – однодиапазонных генераторов (включая две конечные отметки).

Погрешность установки длительности импульсов определяется путем измерения длительности импульсов либо с помощью ЭСЧ, либо с помощью ЭЛО, либо (при менее 10 нс) методом сравнения измеряемой длительности с периодом гармонического сигнала эталонного ГВЧ на экране ЭЛТ двухканального стробоскопического осциллографа С7. Погрешность установки длительности импульсов определяют не менее чем в трех числовых отметках шкалы каждого поддиапазона многодиапазонных ГИ, не менее чем в пяти отметках – однодиапазонных генераторов (включая две конечные отметки). Для ГИ с фиксированными значениями длительности импульсов погрешность установки определяют для каждого фиксированного значения длительности.

Погрешность установки длительности импульсов определяют при двух значениях их амплитуды – максимальной и минимальной для импульсов обеих полярностей и для двух значений частоты повторения – минимальной и максимальной (с учетом допускаемой скважности).

Параметры искажений (длительность фронта и среза, выброс на вершине и в паузе, неравномерность и наклон вершины) основных импульсов ГИ определяют методом прямых измерений с помощью ЭЛО. При этом к ЭЛО предъявляются следующие требования: время нарастания переходной характеристики не должно превышать 1/3 длительности фронта исследуемого импульса при значении выброса на переходной характеристике, не превышающем значения выброса на вершине исследуемого импульса; неравномерность вершины переходной характеристики не должна превышать неравномерности вершины исследуемых импульсов.

Параметры искажений (за исключением наклона вершины) определяют для наибольшего значения длительности в каждом поддиапазоне для двух значений амплитуды – максимальной и минимальной. Частота повторения импульсов должна быть максимально допускаемой для установленного значения длительности импульсов (с допускаемой скважностью). Измерения всех параметров искажений производятся для импульсов обеих полярностей.

Определение погрешности установки временного сдвига основных импульсов относительно импульсов синхронизации производят одним из методов, описанных в операции «Определение погрешности установки длительности импульсов». При этом для использования осциллографического метода необходим двухканальный осциллограф, позволяющий одновременное наблюдение обеих последовательностей импульсов. Отсчет ведется в единицах длины между фронтами импульсов на уровне 0,5 амплитуды.

Погрешность установки временного сдвига определяют не менее чем в трех числовых отметках шкалы каждого поддиапазона многодиапазонных ГИ и не менее чем в пяти отметках шкалы ГИ с одним диапазоном (включая две конечные отметки). При фиксированных значениях временного сдвига погрешность определяют для каждого значения.

Измерение временного сдвига производится для двух устанавливаемых значений амплитуды - максимальной и минимальной; длительность импульсов должна быть минимальной.

Погрешность установки амплитуды импульсов определяют методом прямых измерений при помощи ЭЛО с калиброванным коэффициентом отклонения или с помощью ЭЛО с использованием метода сравнения измеряемой амплитуды импульса с амплитудой сигнала калибратора, а также с помощью вольтметров, предназначенных для измерения импульсных напряжений.

Погрешность установки амплитуды импульсов определяют не менее чем в трех числовых отметках шкалы каждого поддиапазона, включая отметку наибольшего (номинального) значения амплитуды и двух отметок на выбор. Измерения производят не менее чем для двух значений длительности, в том числе наименьшего, для импульсов обеих полярностей. Частота повторения импульсов должна быть наибольшей допустимой для установленной длительности импульсов.

2.6. ПОВЕРКА ЭЛЕКТРОННО-СЧЕТНЫХ ЧАСТОТОМЕРОВ

Метод дискретного счета сочетает высокую точность, широкодиапозонность и простоту процесса измерения, достигаемую за счет автоматизации. Приборы для измерения частоты и временных интервалов, использующие метод дискретного счета, получили название электронно-счетных частотомеров (ЭСЧ).

Принцип действия ЭСЧ следует из самого определения частоты, как числа периодов колебаний за одну секунду. Схемотехнической основой таких приборов являются счетчики электрических импульсов. Гармонический сигнал с частотой fx преобразуется в последовательность импульсов той же частоты. Затем подсчитывается число этих импульсов N за калиброванный отрезок времени Tсч, что позволяет определить значение измеряемой частоты fx=N/Tсч.

Упрощенная структурная схема ЭСЧ, реализующего этот принцип, изображена на рисунке 2.25 (режим измерения частоты).

Периодический сигнал с неизвестной частотой fx через входное устройство ВхУ поступает на формирующее устройство ФУ, задачей которого является формирование из входного сигнала последовательности коротких однополярных импульсов с частотой повторения, равной частоте входного сигнала fx. Эти импульсы поступают на вход временного селектора ВС, представляющего собой ключевую схему. Управление временным селектором осуществляется отпирающим импульсом определенной длительности. При измерении частоты длительность импульса, отпирающего селектор (временная база), определяется временным интервалом между двумя последовательными импульсами с кварцевого генератора КвГ. Частота следования этих импульсов, снимаемых с одного из входящих в состав ЭСЧ делителей частоты ДЧ, синхронизирована кварцем, вследствие чего и временная база задается с высокой точностью. Это определяет высокую точность измерения частоты.

Рис.2.25. Структурная схема ЭСЧ в режиме измерения частоты Импульсы, прошедшие временной селектор, подсчитываются декадным электронным счетчиком Сч. Так как обычно длительность временной базы выбирается равной 10n c, где n=0,+1,…,то на блоке индикации БИ по окончании цикла измерений может быть непосредственно отсчитано значение частоты.

Перед началом нового цикла измерений необходимо подготовить счетчик, сбросив показания прошлого цикла. Эту функцию выполняет цепь сброса показаний, обеспечивающая установку на ноль счетчика и срабатывающая от фронта импульса блока управления БУ.

С увеличением времени измерения как абсолютная, так и относительная погрешности уменьшаются и при неизменном значении измеряемой частоты величина их может быть доведена до значения, определяемого относительной погрешностью кварцевого генератора. Однако на низких частотах уменьшение погрешности приводит к чрезмерно большому увеличению времени измерения. На низких частотах сильно сказывается погрешность единицы счета, она является в этом случае основной. Для увеличения точности измерений на низких частотах можно использовать умножение измеряемой частоты, но это требует использования дополнительного оборудования. Поэтому в современных частотомерах для повышения точности измерения на низких частотах переходят от измерения частоты к измерению периода низкочастотного сигнала. Упрощенная структурная схема измерителя в таком случае имеет вид, показанный на рисунке 2.26.

Измеряемый сигнал через ВхУ и ФУ подается на вход БУ. Таким образом, длительность стробирующего импульса в данном случае определяется измеряемым периодом. На счетный вход ВС подаются импульсы, полученные из сигнала КвГ, который в этом случае используется в качестве генератора меток времени. В результате электронный счетчик считает количество импульсов N с частотой fкв (или кратной ей), поступающих на его вход за один период исследуемого сигнала. Отсюда Tx=N/fкв=NTкв.

Рис. 2.26 Структурная схема ЭСЧ в режиме измерения периода При высокой частоте fкв погрешность дискретности может быть сделана достаточно малой, что и определяет высокую точность измерений.

Дальнейшее повышение точности может быть достигнуто измерением нескольких (обычно кратных десяти) периодов, для чего импульсы с выхода ФУ подаются на БУ не непосредственно, а через декадный делитель частоты ДЧ, например, с коэффициентом деления равным 10. Результат измерения получается путем усреднения:

за счет чего повышается точность измерений.

Применение умножителей частоты УЧ, включенных между КГ и ФУ, позволяет, с одной стороны, также повысить точность измерений, с другой – расширить границы измеряемых временных интервалов в сторону более коротких интервалов.

Методика, используемая в ЭСЧ для измерения периода сигнала, позволяет существенно расширить возможности этих приборов и использовать их для измерения других временных интервалов: длительности импульсов, интервалы между двумя импульсами одного источника и между двумя импульсами, поступающими от двух источников. Для осуществления этих измерений узлы частотомера переключаются таким образом, чтобы обеспечить формирование соответствующей временной базы.

ЭСЧ позволяют измерять также отношение двух частот. Для этого более низкая частота f2 подается на вход Tx и ее период образует временную базу. Более высокая частота f1 подается на вход fx, и является источником счетных импульсов. Показания частотомера в этом случае непосредственно соответствует отношению f1/f2.

Наличие в приборе высокостабильного кварцевого генератора позволяет использовать его в качестве источника стабильных частот и, кроме того, осуществлять эффективный самоконтроль. В режиме самоконтроля частотомер измеряет частоту собственного кварцевого генератора. Таким образом обеспечивается контроль правильности функционирования всех узлов частотомера и высокая метрологическая надежность сравнительно сложного прибора.

Расширение рабочего диапазона частот ЭСЧ достигается путем использования делителей, преобразователей и переносчиков частоты.

При оценке погрешности измерения ЭСЧ выделяют погрешности измерения частоты и погрешности измерения периода.

Составляющие погрешности измерения частоты можно представить тремя группами :

- погрешности, обусловленные мерой частоты;

- погрешности сравнения меры с измеряемым значением частоты;

- погрешности формирования счетных импульсов и счетного интервала времени.

Мерой частоты в схемах ЭСЧ является частота опорного кварцевого генератора. Путем ее деления формируется необходимая длительность счетного интервала времени. Поэтому относительная погрешность частоты (нестабильность) генератора вызывает такую же по значению относительную погрешность формирования длительности счетного интервала, а следовательно, и равную ей составляющую погрешности измерения частоты.

Погрешность формирования счетного интервала, которая может быть результатом нестабильности запуска схемы формирования, в ЭСЧ удается сделать пренебрежимо малой и ее практически не учитывают.

Также пренебрежимо малой оказывается и погрешность формирования счетных импульсов, частота их следования с высокой точностью соответствует значению измеряемой частоты.

Характерной составляющей погрешности измерения частоты является погрешность сравнения, обусловленная дискретностью отсчета импульсов на интервале времени.

Погрешность измерения частоты ЭСЧ существенно зависит от ее значения. Так при малых частотах составляющая погрешности сравнения (погрешности счета) может намного превышать составляющую, обусловленную нестабильностью кварцевого генератора. Снижение указанной погрешности измерения низких частот достигается увеличением счетного интервала времени, переходом на измерение периода сигнала либо применением умножителя измеряемой частоты на входе ЭСЧ.

Составляющие погрешности измерения периода сигналов также можно представить тремя группами:

- погрешности меры временного интервала, роль которого выполняет период сигнала кварцевого генератора (с учетом умножения его частоты);

- погрешности формирования счетных импульсов и счетного интервала времени;

- погрешности сравнения меры с измеряемым периодом.

Погрешность меры будет определяться относительной погрешностью частоты опорного кварцевого генератора.

Относительная погрешность сравнения, как и при измерении частоты, носит случайный характер и может быть уменьшена путем усреднения серии полученных измерений периода.

Составляющая погрешности формирования меток времени, обусловленная нестабильностью запуска схемы формирования, мала и может не учитываться. Однако в отличие от режима измерения частоты составляющая погрешности формирования счетного интервала, равного измеряемому периоду, может быть существенной. Особенно она проявляется при гармоническом входном сигнале малой частоты, когда скорость изменения уровня сигнала невелика. В этих случаях уровень запуска схемы формирования счетного интервала оказывается нестабильным. Кроме того значительное влияние на запуск схемы может оказать сигнал помехи, действующий совместно с входным сигналом. Погрешность запуска носит случайный характер и может быть уменьшена при усреднении измерений.

При измерении малых периодов погрешность измерения может быть достаточно большой. Уменьшение ее достигается либо путем увеличения частоты заполнения (уменьшения длительности временных меток), либо увеличением числа усредняемых периодов, а также путем перехода в режим измерения частоты.

Частотные свойства ЭСЧ, в частности значения их максимальной рабочей частоты, определяются в основном возможностями схем формирования счетных импульсов при больших значениях измеряемых частот, а также быстродействием применяемых счетчиков импульсов. Современная цифровая элементная база позволяет реализовывать в ЭСЧ измерение частоты до 35 ГГц (например, Ч3-66).

Из основных характеристик ЭСЧ, которые нормируются и приводятся в нормативно-технической документации на приборы, можно назвать:

диапазон измеряемых частот, диапазон измеряемых периодов колебаний и временных интервалов, диапазон измеряемых отношений частот, допустимые уровни напряжения входного сигнала, нестабильность частоты опорного кварцевого генератора, входное сопротивление прибора в различных режимах работы, погрешность измерения частоты и периода временных интервалов, время счета, частоту заполнения, число усредняемых значений измеряемого периода.

Применение унифицированных сменных блоков вида Я3 позволяет расширить диапазон измеряемых частот до 80 ГГц.

Поверка частотомеров регламентируется следующими нормативными документами:

ГОСТ 8.129-99 “ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений времени и частоты“;

ГОСТ 8.422-81 “ГСИ. Частотомеры. Методы и средства поверки“;

МИ 1533-86 “ ГСИ. Частотомеры электронно-счетные. Алгоритмы автоматизированной поверки “.

Поверка ЭСЧ проводится в соответствии с МИ 1835-88 “ГСИ. Частотомеры электронно-счетные. Методика поверки” и техническими описаниями на конкретный прибор.

При проведении поверки должны быть соблюдены следующие условия: температура окружающего воздуха (20±5) C, относительная влажность (65±15)%, напряжение питания 220В±2% при частоте 50Гц±10% при содержании гармоник до 5%.

Перед началом поверки ЭСЧ средства поверки должны быть включены для самопрогрева на время, указанное в эксплуатационной документации на эти устройства.

В качестве рабочего эталона используется стандарт частоты Ч1.

Проведение поверки включает следующие операции:

- Внешний осмотр При внешнем осмотре устанавливают: исправность всех органов управления и отсутствие механических повреждений, могущих затруднить работу с ЭСЧ. При несоблюдении этих требований ЭСЧ в поверку не допускают.

- Опробование и самоконтроль При опробовании выполняют следующие операции:

Переключатель “род работы” ЭСЧ устанавливают в положение “контроль” и проводят операции в соответствии с указаниями, изложенными в техническом описании ЭСЧ. Если требования технического описания не выполняются, ЭСЧ бракуют.

С целью проверки правильности высвечивания цифрового табло ЭСЧ синтезатор частоты (или средства, выдающие заданные частоты) и поверяемый ЭСЧ переводят в режим работы от внешнего генератора, используя для этого стандарт частоты (рис. 2.27). ЭСЧ устанавливают в режим измерения частоты. От синтезатора частоты на вход поверяемого ЭСЧ последовательно подают сигналы с такими значениями частот, чтобы в каждом разряде цифрового табло хотя бы один раз высвечивались все цифры от 0 до 9, например, 111111111, 222222222 Гц и так далее.

Если хотя бы один из индикаторов цифрового табло не высвечивается или высвечивается неправильно, ЭСЧ бракуют.

При невозможности одновременного охвата всех разрядов шифрового табло ЭСЧ измерения следует провести в два приема: сначала ЭСЧ поставить в такой режим, чтобы высвечивались верхние разряды, а затем чтобы высвечивались нижние.

-Определение метрологических характеристик 1. Определение основной относительной погрешности измерения частоты производится прямым методом путем измерения частоты сигнала, формируемого рабочим эталоном. Для определения основной относительной погрешности измерения частоты ЭСЧ переводят в режим работы от внутреннего кварцевого генератора, синтезатор частоты (или средства, выдающие заданные частоты) оставляют в режиме работы от внешнего генератора (стандарта частоты). На вход ЭСЧ подают сигнал с частотой, близкой к частоте верхнего предела диапазона частот, измеряемых ЭСЧ (не более 20% ниже частоты верхнего предела), и с напряжением, равным минимальному входному напряжению, указанному в техническом описании, при котором ЭСЧ должен нормально работать.

Рис. 2.27. Схема проверки правильности высвечивания цифрового табло ЭСЧ При отсутствии у синтезатора частоты, градуированного по напряжению выхода сигнала, необходимо значение этого напряжения контролировать вольтметром (рис. 2.28).

Рис. 2.28. Схема контроля напряжения выходного сигнала синтезатора частоты Проводят серию из десяти наблюдений и для каждого из них определяют значение основной относительной погрешности измерения частоты по формуле:

где fi – значение i-го наблюдения на ЭСЧ при подаче на него сигнала с частотой f от синтезатора частоты.

По крайней мере 9 значений из 10 не должны превышать погрешности измерения, нормированной в техническом описании поверяемого прибора. При невыполнении этого условия ЭСЧ бракуют.

После определения основной относительной погрешности измерения частоты, если ее значение превышает допустимое, проводят подстройку частоты внутреннего кварцевого генератора ЭСЧ.

Для этого на ЭСЧ от синтезатора частоты подают сигнал со значением частоты, близким к значению частоты верхнего предела диапазона частот, измеряемых ЭСЧ, и изменяют частоту внутреннего кварцевого генератора так, чтобы показания ЭСЧ по значению совпали со значением частоты сигнала, поданного на ЭСЧ. Затем ЭСЧ выключают и не ранее, чем через полчаса, включают снова. Спустя время, установленное для самопрогрева данного типа ЭСЧ, вновь определяют основную относительную погрешность измерения частоты. Если окажется, что после этого ее значение выходит за предел, подстройку внутреннего кварцевого генератора повторяют. Если после очередного выключения, включения и прогрева ЭСЧ его частота снова превысит допустимый предел, ЭСЧ бракуют. ЭСЧ бракуют также при невозможности подстройки частоты встроенного кварцевого генератора ЭСЧ.

2. Определение основной относительной погрешности измерения периода производится прямым методом путем измерения периода синусоидального сигнала от генератора Г3 либо синтезатора частоты. Для определения основной относительной погрешности измерения периода ЭСЧ устанавливают в режим измерения периода при работе от внутреннего генератора, синтезатор частоты (или средства, выдающие заданные периоды) оставляют в режиме работы от внешнего стандарта частоты и на вход ЭСЧ подают сигнал с частотой 20Гц (или 50Гц, если синтезатор не выдает сигнала с частотой 20Гц) и с напряжением, равным наименьшему входному напряжению, при котором ЭСЧ должен нормально работать. Это напряжение рекомендуется контролировать вольтметром (рис. 2.28).

Измеряется один период колебаний (без усреднения). Относительная погрешность измерения определяется как Т=(Т-Т0)/Т0, где Т-период, измеренный поверяемым ЭСЧ; Т0-период, установленный на эталонном генераторе или синтезаторе. Девять из десяти полученных значений не должны превышать допустимого значения, установленного в техническом описании поверяемого ЭСЧ.

Аналогичные измерения проводятся также на частоте 100 кГц.

Оформление результатов поверки производится в соответствии с общими положениями.

2.7. ПОВЕРКА УНИВЕРСАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОННОЛУЧЕВЫХ ОСЦИЛЛОГРАФОВ

Электронно-лучевым осциллографом (ЭЛО) (рис. 2. 29) называют прибор для наблюдения и измерения электрических сигналов, в котором используется отклонение одного или нескольких электронных лучей электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) для получения изображений мгновенных значений функциональных зависимостей сигналов от времени или других параметров.

ЭЛО общего применения предназначены для наблюдения и измерения электрических сигналов с большими диапазонами амплитуд, частот повторения и длительностей. Они могут быть как простыми, так и многофункциональными. Их называют универсальными ЭЛО (С1).

Многоканальные ЭЛО позволяют на экране однолучевой ЭЛТ одновременно исследовать два и более сигналов. В их основе лежит использование коммутаторов исследуемых сигналов. Многолучевые ЭЛО используют ЭЛТ, имеющие два и более электронных лучей, управляемых отдельно или совместно.

Все ЭЛО характеризуются следующими основными параметрами:

- погрешностью измерения напряжения;

- диапазоном значений и погрешностью коэффициентов отклонения;

- временем нарастания, выбросом, неравномерностью плоской вершины и временем установления переходной характеристики (ПХ);

- входными сопротивлением и емкостью;

- допускаемой суммарной величиной постоянного и переменного напряжения на закрытых входах;

- пределами перемещения луча по вертикали;

- погрешностью измерения временных интервалов;

- диапазоном значений и погрешностью коэффициентов развертки (коэффициентов отклонения луча по горизонтали);

- пределами перемещения луча по горизонтали;

- диапазоном частот, предельными уровнями и нестабильностью синхронизации;

- размером рабочей части экрана ЭЛТ;

- шириной линии луча.

К числу метрологических характеристик ЭЛО относят:

- совокупность параметров сигналов, которые можно подавать на вход прибора (диапазон амплитуд, граничные частоты, форма сигнала и т.п.); - характеристики входа ЭЛО (активная и реактивная составляющие входного сопротивления); - погрешности воспроизведения формы сигнала осциллографом и погрешности измерения параметров сигнала.

Основными функциональными узлами электронного осциллографа являются: электронно-лучевая трубка, канал вертикального отклонения (КВО) или канал Y, канал горизонтального отклонения (КГО) или канал X, канал управления яркостью (КУЯ) или канал Z, а также встроенные калибровочные устройства и блок питания.

КУЯ ЭЛТ

КУЯ ЭЛТ

Рис.2.29. Упрощенная структурная схема ЭЛО Основным элементом любого осциллографа является электроннолучевая трубка с электростатическим управлением лучом. Под действием управляющих напряжений, которые подаются на две пары отклоняющих пластин, электронный луч может отклоняться в двух взаимно перпендикулярных направлениях (горизонтальном и вертикальном). Для отклонения луча на пластины необходимо подавать исследуемое и развертывающее пилообразное напряжения.

Канал вертикального отклонения предназначен для отклонения луча ЭЛТ под действием исследуемого напряжения. Он состоит из масштабных преобразователей - делителей, аттенюаторов и усилителей, предназначенных для расширения предельных значений исследуемых сигналов, а также линии задержки, обеспечивающей наблюдение фронта сигнала на экране осциллографа.

Канал горизонтального отклонения предназначен для развертки изображения сигнала и включает в себя генератор развертки, обеспечивающий перемещение луча ЭЛТ в горизонтальном направлении, схемы блокировки и синхронизации и усилитель.

Неискаженная передача сигнала в КВО обеспечивается в том случае, когда он работает в линейном режиме усиления и не ограничивает частотную область сигнала. Предположение о линейности КВО практически выполняется при амплитудах входных сигналов, находящихся в пределах динамического диапазона осциллографа.

Условиями неискаженного осциллографирования электрических сигналов являются равномерность амплитудно-частотной (АЧХ) и линейность фазо-частотной (ФЧХ) характеристик КВО в пределах ширины спектра этих сигналов, а также линейность развертывающего напряжения во времени. Практически допускаются некоторые отклонения от идеальных АЧХ, ФЧХ и развертки; обычно для АЧХ допускается спад (завал) относительно средних частот до уровня 0,707 (3 дБ). Нелинейность развертки, в зависимости от типа ЭЛО и скорости развертки, может принимать значения от 3% до 20%.

Одной из основных характеристик ЭЛО является переходная характеристика (ПХ), образующая реакцию ЭЛО на единичный скачок при идеально линейном развертывающем напряжении. Ограниченность полосы пропускания в реальных ЭЛО приводит к тому, что их ПХ отличается от идеальной. Существует жесткая связь между временем нарастания ПХ tн и верхней граничной частотой полосы пропускания осциллографа Fгр :

Входное сопротивление канала вертикального отклонения выбирают из ряда 50; 75; 500 Ом; 2,5 кОм; 0,1; 0,5; 1,5; 10 МОм. Для исследования высокочастотных и широкополосных сигналов предусматривается низкоомный вход (50 или 75 Ом). В этом случае сигнал подается на вход канала вертикального отклонения по коаксиальному кабелю. Вход канала вертикального отклонения может быть открытым или закрытым.

Линия задержки обеспечивает запаздывание сигнала, подаваемого на вертикальные отклоняющие пластины, относительно момента запуска генератора развертки. Исследуемый сигнал в линии задержки задерживается на 0,21,0 мкс, что обеспечивает просмотр фронта импульсного сигнала при синхронизации по самому сигналу, так как генератор развертки будет запускаться несколько раньше, чем появится напряжение на вертикально отклоняющих пластинах.

Генератор развертки ЭЛО общего применения является генератором пилообразного напряжения (ГПН), вырабатывающим напряжение развертки, усиливаемое усилителем КГО, а также импульс подсвета, подаваемый через усилитель канала Z на модулятор ЭЛТ во время рабочего хода развертки.

При исследовании импульсных сигналов с большой скважностью используется ждущий режим формирования развертывающего напряжения. В ждущем режиме повторный запуск генератора развертки осуществляется только при наличии сигнала на входе КВО. В автоколебательном режиме запуск возможен по окончании очередного цикла развертки.

Полоса пропускания усилителя КГО составляет около 20% полосы пропускания усилителя КВО.

Основное назначение канала управления яркостью - подсвечивать прямой ход развертки, чтобы не видно было обратного хода луча.

Встроенные в ЭЛО калибраторы позволяют значительно повысить точность измерений. С их помощью можно с высокой точностью калибровать коэффициенты отклонений по оси У и развертки по оси Х. Калибраторы представляют собой отдельные генераторы сигналов или один генератор сигнала с точно известными амплитудой и периодом. В современных ЭЛО используется режим самокалибровки.

В развитии ЭЛО общего применения наблюдаются следующие тенденции: расширение полосы пропускания; повышение чувствительности;

уменьшение погрешностей измерений; увеличение наработки на отказ; автоматизация управления и измерений за счет применения микропроцессоров; уменьшение габаритов и массы приборов.

Современные модели ЭЛО, как правило, являются микропроцессорными измерительными приборами. Наличие микропроцессора в составе прибора позволяет получать измерительную информацию в цифровом виде, автоматизировать процессы калибровки, настройки и измерений, дистанционно управлять процессом измерений и включать осциллографы в состав информационно-измерительных систем (ИИС).

Внутренняя архитектура такого ЭЛО является машинной, что предопределяет цифровую форму циркулирующей в ЭЛО информации. Наличие микропроцессорной системы дает возможность полностью автоматизировать работу ЭЛО и осуществлять информационный обмен с потребителем информации в диалоговом режиме в реальном масштабе времени.

Методы измерения напряжения и временных интервалов, реализуемые с помощью ЭЛО, являются косвенными. По шкале ЭЛТ осуществляется измерение геометрического размера изображения: в вертикальном направлении - при измерении напряжения, а в горизонтальном направлении - при измерении временных интервалов.

Измеренные геометрические размеры с помощью масштабных коэффициентов, которыми являются коэффициенты отклонения и развертки, пересчитываются в соответствующие значения напряжения и времени.

Процессу измерения предшествует калибровка шкалы ЭЛТ, т.е. уточнение с помощью калибровочных сигналов (мер) устанавливаемых значений коэффициентов отклонения и развертки.

В соответствии с реализуемым в ЭЛО методом измерения выделяют два основных вида погрешностей: погрешности измерения напряжения и погрешности измерения временных интервалов.

Погрешность измерения напряжения можно представить тремя обобщенными группами составляющих погрешности:

- результирующая погрешность калибровки коэффициента отклонения (из-за различия форм калибровочного и измеряемого напряжения, неравномерности и нестабильности переходной характеристики ПХ и амплитудно-частотной характеристики АЧХ КВО, субъективных причин);

- искажения сигнала в КВО (из-за нелинейности и нестабильности амплитудной характеристики АХ КВО, неравномерности и ограниченности по частоте АЧХ КВО);

- погрешность измерения размера (из-за ширины линии луча и линии шкалы экрана ЭЛТ, параллакса шкалы, субъективных особенностей оператора).

Погрешность измерения временных интервалов также можно представить тремя обобщенными группами составляющих:

- погрешность калибровки коэффициента развертки (из-за свойств калибратора и элементов КГО, нелинейных и частотных искажений пилообразного напряжения в усилительном тракте КГО, нестабильности амплитуды напряжения развертки, субъективными ошибками при калибровке);

- искажения сигнала в процессе его изображения на экране ЭЛТ (изза искажений во времени в КГО от нелинейности и нестабильности развертки);

- особенности визуального измерения геометрического размера изображения по шкале ЭЛТ (из-за конечной ширины линии луча, нечеткости фиксации уровня сигнала, параллакса при наблюдении и субъективных особенностей оператора).

Поверка универсальных ЭЛО 2, 3 и 4-го классов точности регламентируется ГОСТ 8.311-78 “ГСИ. Осциллографы электронно-лучевые универсальные. Методы и средства поверки“ и техническим описанием.

В качестве рабочих эталонов при поверке используются калибраторы осциллографов типа И1. Допускается использовать другие поверенные приборы, имеющие погрешность измерения, не превышающую 1/3 допускаемой погрешности поверяемого прибора.

Межповерочный интервал универсальных ЭЛО типа С1 равен 3 годам. По нормативам на поверку ЭЛО отводится в среднем 4-8 часов.

Стандарт устанавливает следующие операции поверки: внешний осмотр, опробывание, определение ширины линии луча, определение погрешности коэффициентов отклонения и развертки, определение погрешности измерения напряжения и временных интервалов, определение параметров переходной и амплитудно-частотной характеристик.

Определение ширины линии луча в вертикальном и горизонтальном направлениях производится косвенным способом измерений при помощи генератора прямоугольных импульсов с калиброванной амплитудой. В автоколебательном режиме ЭЛО при средних значениях коэффициентов отклонения и развертки наблюдают на экране ЭЛТ две горизонтальные линии, соответствующие нулевому и максимальному уровням поданного на вход КВО импульсного напряжения. Затем путем уменьшения амплитуды импульсов на входе фиксируют момент касания горизонтальных линий.

Отсчитанное по шкале генератора значение амплитуды импульсов делят на установленный коэффициент отклонения и получают ширину линии луча в вертикальном направлении.

В горизонтальном направлении поступают аналогичным образом, получая изображение двух вертикальных линий. Для этого на вход КВО подается пилообразное напряжение, а на вход КГО в режиме усиления напряжение импульсного генератора. Произведя калибровку шкалы по горизонтали в вольтах на деление, уменьшают амплитуду импульсов генератора, фиксируя момент касания вертикальных линий. Разделив отсчитанное по генератору значение амплитуды импульсов на установленный коэффициент отклонения по горизонтали, получают ширину линии луча в горизонтальном направлении. Ширину линии луча определяют в середине и на границах рабочего участка ЭЛТ.

Определение погрешности коэффициента отклонения производят способом косвенного измерения действительного значения коэффициента отклонения при помощи генератора импульсов (с калиброванной амплитудой) или установки для поверки вольтметров либо с помощью калибратора осциллографов. В режиме внутреннего запуска при максимальном значении коэффициента отклонения проводят измерения высоты изображения, равного всем четным делениям шкалы ЭЛТ по вертикали, устанавливая соответствующее значение напряжения эталонных приборов. Погрешность оценивают, сопоставляя полученные значения с установленным коэффициентом отклонения. Для всех других значений этого коэффициента измерения проводят при высоте изображения сигнала, равной четному числу делений и составляющей 60-100% рабочего участка экрана.

Определение погрешности измерения напряжения определяют методом прямого измерения напряжения, формируемого эталонными средствами: генератором импульсов с калиброванной амплитудой, установкой для поверки вольтметров, калибратором осциллографов. Измерения проводятся при всех значениях коэффициента отклонения и не менее чем при пяти значениях диапазона измеряемых осциллографом напряжений, включая два крайних. При измерениях напряжения пользуются методикой, изложенной в ТО на поверяемый прибор. Погрешность измерения оценивается путем сравнения измеренных значений напряжения с помощью осциллографа с соответствующими значениями, установленными на эталонных приборах.

Определение погрешности коэффициента развертки производят методом косвенного измерения действительного значения коэффициента развертки при помощи генератора сигналов, генератора импульсов и электронно-счетного частотомера или при помощи калибратора осциллографов. Режим запуска развертки - внутренний. Измерения проводят при среднем значении коэффициента отклонения. Путем изменения частоты сигнала на выходе эталонного генератора устанавливают в начале рабочего участка экрана длину изображения четного числа периодов синусоидального или импульсного напряжения, равную наименьшей допустимой длине, установленной в ТО на поверяемый прибор. Погрешность коэффициента развертки определяют сопоставлением установленного его значения с полученным по эталонному прибору. Коэффициенты разверток аналогично определяют для всех значений длины шкалы по горизонтали, равных четному числу делений, а также для наибольшего значения длины в пределах рабочего участка ЭЛТ по горизонтали. Измерения проводят для всех фиксированных значений коэффициента развертки.

Определение погрешности измерения временных интервалов выполняют методом прямого измерения временных интервалов, задаваемых в виде периода синусоидального или импульсного напряжения эталонными средствами. Измерения проводят в соответствии с методикой, установленной в ТО на поверяемый прибор для каждого значения развертки при среднем значении коэффициента отклонения и не менее чем при пяти значениях диапазона измеряемых осциллографом временных интервалов, включая два крайних. Погрешность измерения оценивают сопоставлением измеренных значений периода напряжения с его действительным значением, отсчитанным по эталонному прибору.

Определение параметров переходной характеристики КВО производят методом прямых измерений при помощи генератора испытательных импульсов. Требования к параметрам испытательных приведены в обязательном приложении к ГОСТ 8.311-780; основным из них является выполнение соотношения между фронтом испытательного импульса tф и временем нарастания tн переходной характеристики: tф (0,1 - 0,3)tн. Измерения проводятся в режиме внешнего запуска развертки при минимальном значении коэффициента развертки путем непосредственного отсчета параметров переходной характеристики по ее изображению на экране ЭЛТ: времени нарастания, времени установления, выброса, неравномерности для всех фиксированных значений коэффициента отклонения при положительной или отрицательной полярности испытательных импульсов.

Определение параметров амплитудно-частотной характеристики КВО выполняют путем снятия АЧХ при помощи генераторов инфранизких, низких и высоких частот и вольтметра. При изменении частоты и контролируемом постоянстве уровня входного сигнала снимается выходное напряжение КВО по вертикальной шкале ЭЛТ. Число точек и дискретность изменения частоты должны соответствовать требованиям ТО на поверяемый прибор.

Параметры АЧХ - нормальный и расширенный диапазон частот, полоса пропускания, неравномерность - определяют для всех фиксированных значений коэффициента отклонения.

Часто оказывается более рациональной методика снятия АЧХ, по которой сохраняется постоянство выходного напряжения КВО, т.е. постоянство размера изображения на экране по вертикали, а при изменении частоты фиксируется изменение входного сигнала. В этом случае для измерения входного напряжения удобно пользоваться вольтметром со шкалой, градуированной в децибелах, что значительно упрощает оценку неравномерности АЧХ.

Неравномерность АЧХ в зависимости от способа ее задания в ТО определяют либо в процентах, либо в децибелах.

Выброс на вершине переходной характеристики, ее спад на заданном участке времени и неравномерность оценивают в процентах к установившемуся ее значению.

Измеренные значения ширины линии луча, времени нарастания и установления переходной характеристики КВО, а также его полосы пропускания сравниваются по абсолютному значению с допускаемыми их значениями. При этом измеренные значения не должны превышать допускаемых, установленных ТО на поверяемый прибор.

2.8. ПОВЕРКА ЭЛЕКТРОННЫХ ВОЛЬТМЕТРОВ

Среди средств измерения напряжения большое распространение получили электронные вольтметры. Они обладают следующими особенностями:

- широким диапазоном значений измеряемых напряжений;

- широким диапазоном частот измеряемых напряжений;

- высоким входным сопротивлением;

- слабой зависимостью показаний от частоты измеряемых напряжений;

- высокой чувствительностью;

- достаточно высокой точностью измерений;

- малым времени установления показаний;

- способностью выдерживать многократные перегрузки;

- высокой надежностью;

- возможностью оснащения интерфейсом КОП.

К недостаткам можно отнести:

- нарушение градуировки вольтметров вследствие старения;

- относительную сложность электронной схемы;

- зависимость показаний от формы напряжения;

- необходимость калибровки (установки на нулевую отметку).

К основным метрологическим характеристикам вольтметров относятся: значение измеряемого напряжения; пределы измерения; допустимая погрешность; диапазон частот; входное сопротивление.

Виды средств измерения напряжения:

В1 – установки и приборы для поверки вольтметров;

В2 – вольтметры постоянного напряжения;

В3 – вольтметры переменного напряжения;

В4 – вольтметры импульсного напряжения;

В6 – селективные вольтметры;

В7 – универсальные вольтметры.

Упрощенные структурные схемы электронных вольтметров представлены на рис. 2.30.

Наиболее широкое применение на практике получили вольтметры переменного напряжения типа В3 и универсальные вольтметры типа В7, позволяющие измерять постоянное и переменное напряжение, а также сопротивление. При этом в них все чаще используются цифровые отсчетные устройства (ЦОУ), из-за чего такие вольтметры не совсем корректно называют цифровыми.

Входные устройства (Вх. У) вольтметров обычно содержат входные делители напряжения, преобразователи импеданса и аттенюаторы, т.е. выполняют функции согласования с нагрузкой и масштабных преобразователей.

УПЧ Д УПТ ОУ

Рис. 2.30. Упрощенные схемы электронных вольтметров Широкополосные усилители (ШПУ) обеспечивают усиление входных сигналов в широком диапазоне частот (до 1500 МГц).

Детекторы преобразуют переменное напряжение в его постоянное значение: средневыпрямленное (линейный детектор), среднеквадратическое (квадратичный детектор) или амплитудное (пиковый детектор ПД).

Это напряжение усиливается усилителем постоянного тока (УПТ) и отображается с помощью аналогового (стрелочного) отсчетного устройства (ОУ) или цифрового отсчетного устройства (ЦОУ).

Селективные вольтметры типа В6 измеряют напряжение определенной частоты, поэтому содержат смеситель (См), гетеродин (Г) и усилитель промежуточной частоты (УПЧ).

Универсальные вольтметры типа В7 позволяют измерять постоянное и переменное напряжение, активное сопротивление постоянному току, а иногда и отношение двух напряжений. Поэтому они имеют переключатель режимов (ПР) работы и более сложную схему измерительного преобразователя.

Все электронные вольтметры имеют встроенный блок питания, а многие оснащены калибратором (К) и интерфейсом (Инт.).

Все вольтметры переменного напряжения имеют закрытый вход и их отсчетные устройства (кроме пиковых В4) проградуированы в среднеквадратических значениях синусоидального сигнала.

Цифровые отсчетные устройства вольтметров дают возможность избавиться от субъективных ошибок оператора, получить более точный отсчет результата измерений (до 5-10 разрядов значащих цифр), создают предпосылки для автоматизации измерений. Принцип действия ЦОУ основан на аналого-цифровом преобразовании сигнала на выходе детектора вольтметра. При этом могут использоваться времяимпульсные АЦП, кодоимпульсные АЦП, частотно-импульсные АЦП или АЦП с двойным интегрированием.

Поверка электронных вольтметров регламентируется следующими нормативными документами:

ГОСТ 8.402-80 «ГСИ. Вольтметры электронные аналоговые постоянного тока. Методы и средства поверки».

ГОСТ 8.117-82 «ГСИ. Вольтметры диодные компенсационные. Методы и средства поверки».

ГОСТ 8.118-85 «ГСИ. Вольтметры электронные аналоговые переменного тока. Методика поверки».

ГОСТ 8.429-81 «ГСИ. Вольтметры электронные аналоговые импульсные. Методы и средства поверки».

ГОСТ 8.119-85 «ГСИ. Вольтметры электронные селективные. Методика поверки».

ГОСТ 8.366-79 «ГСИ. Омметры цифровые. Методы и средства поверки».

РД 50-347-82 «Вольтметры цифровые импульсные. Методы и средства поверки».

Технические описания (ТО) на конкретные приборы. Межповерочный интервал равен 3 годам.

В содержание поверки всех типов электронных вольтметров входят операции: внешний осмотр, опробывание, определение погрешностей, обработка результатов измерений и оформление результатов поверки.

По нормативам на поверку приборов типа В2 отводится в среднем от 2 до 5 часов, В3 – от 3 до 8 часов, В7 – от 4 до 8 часов.

Методика первичной поверки требует большего объема работ, чем методика периодической поверки вольтметров.

У вольтметров постоянного тока типа В2 (В7) определение основной погрешности осуществляют:

- при использовании поверочной установки типа В1 – по шкале этой установки или - при использовании эталонного вольтметра – сличением показаний поверяемого и эталонного вольтметров.

Основную погрешность определяют на каждой числовой отметке шкал основных пределов измерений поверяемого вольтметра при плавном перемещении указателя к поверяемой отметке сначала со стороны начальной, а затем со стороны конечной отметок шкалы. Если нет специального указания в ТО на прибор, за основные должны быть приняты пределы при множителе, равном единице. На остальных пределах измерений основную погрешность определяют на конечных числовых отметках шкал, а также на отметках, где ранее были определены наибольшие положительная и отрицательная погрешности.

Допускается поверять вольтметры с пределом измерений 1000 В или 500 В в случае отсутствия источника постоянного напряжения, обеспечивающего получение указанных уровней на отметке шкалы 300 В.

Перед проведением каждого измерения следует проверять электрическую установку отсчетного устройства на нулевую или условную отметку при отключенном измеряемом напряжении.

У вольтметров переменного тока типа В3 (В7) осуществляют:

1) определение погрешности на частоте градуировки (обычно 1кГц);

2) определение погрешности в рабочей области частот;

3) определение метрологических параметров прибора.

При проведении поверки могут быть применены рабочие эталоны, позволяющие измерять или воспроизводить на входе поверяемого вольтметра гармоническое напряжение с погрешностью, не превышающей 1/ соответствующего предела допускаемой погрешности вольтметра во всем его рабочем диапазоне напряжений и частот.

Погрешность вольтметра на частоте градуировки определяют:

- методом прямых измерений поверяемым вольтметром переменного напряжения, воспроизводимого эталонной поверочной установкой типа В1;

- методом непосредственного сличения показаний эталонного и поверяемого вольтметров, подключенных к источнику измеряемого напряжения (Г3, Г4) параллельно или через делитель напряжения (ДН).

Измерения проводят дважды – при возрастающих и убывающих значениях напряжения. Перед проведением каждого измерения при отключенном измеряемом напряжении проводят электрическую установку отсчетного устройства вольтметра на нулевую или начальную отметку при закороченном входе или при подключенной ко входу нагрузке. Погрешность вольтметра для каждого ее определения не должна превышать допускаемых значений, установленных в ТО.

Погрешность вольтметра в рабочем диапазоне частот определяют аналогичными методами на частотах и точках поддиапазонов, указанных в ТО. Обычно при периодической поверке погрешность определяют на конечных числовых отметках шкал поддиапазонов измерений при значениях частот, соответствующих началу и концу всех областей (нормальной и расширенной) рабочего диапазона частот поверяемого вольтметра.

При определении метрологических параметров прибора в соответствии с ТО может проверяться: выходное напряжение ШПУ, диапазон измеряемых напряжений, погрешность симметрирующего трансформатора, вариация показаний, выходное напряжение преобразователя и др.

У универсальных вольтметров типа В7 при поверке метрологических характеристик осуществляют:

1) определение основной погрешности прибора при измерении постоянного напряжения;

2) определение основной погрешности прибора при измерении переменного напряжения;

3) определение основной погрешности измерения активного сопротивления;

4) при наличии КОП проверку программирования и выдачи информации в КОП вольтметром.

Определение основной погрешности и проверку пределов измерения проводят методом прямых измерений поверяемым вольтметром В7 величины, воспроизводимой эталонной мерой установки типа В1 по методике для В2 и В3. В качестве эталонной меры сопротивлений могут использоваться: магазины сопротивлений Р321, Р33, Р4002; катушки измерительные электрического сопротивления Р331, Р4013, Р4021 и др.

2.9. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПОВЕРОЧНЫХ РАБОТ

В зависимости от схемно-конструктивных возможностей рабочих эталонов, поверяемых и вспомогательных СИ, а также экономической целесообразности различают три уровня автоматизации поверочных работ.

На первом уровне с помощью Микро-ЭВМ или ПЭВМ организуется база данных (БД) нормативных документов (НД) по поверке электронных СИ, осуществляется обработка результатов измерений и оформление результатов поверки. Это дает возможность автоматизировать некоторые рутинные операции деятельности поверителя при поверке электронных СИ, не оснащенных приборными интерфейсами, снизить утомляемость поверителя и уменьшить вероятность субъективных ошибок.

Структурная схема автоматизированного рабочего места поверителя (АРМП) первого типа представлена на рисунке 2. АРМП первого типа включает в себя:

1. Микро-ЭВМ или ПЭВМ 2. Дисплей (монитор) 3. Цифровое печатающее устройство (ЦПУ) 4. Поверяемое средство измерений (ПСИ) 5. Рабочий эталон (РЭ) и вспомогательные СИ (ВСИ).

Рис.2.31 Структурная схема АРМП первого уровня АРМП первого типа могут быть созданы для любых электронных средств измерений. В этих АРМП информацию в микро-ЭВМ вводят и управляют РЭ и ПСИ вручную. Поверитель вызывает на дисплей соответствующую документацию к проводимой поверке, записанную в памяти микро-ЭВМ. На экране появляется информация об операциях поверки, а также об использовании СИ метрологического комплекса.

Поверитель, выбрав нужные ему данные из числа представленных на экране дисплея, выполняет соответствующие операции, воздействуя вручную на ПСИ и РЭ. О выполнении каждой операции и ее результатах поверитель сообщает ЭВМ. Результаты измерений и вычислений высвечиваются на экране, а протокол поверки печатается на ЦПУ. В программное обеспечение таких АРМП могут быть введены типовые ситуации (как например, несоответствие условий внешней среды, ошибки в действиях поверителя и др.). ЭВМ может быть поручен и контроль за соблюдением условий поверки. Через устройства связи она может быть объединена с другими ЭВМ.

На втором уровне автоматизации требуется наличие в СИ метрологического комплекса приборных интерфейсов и управляемого коммутатора. Это позволяет дополнительно автоматизировать операции коммутации СИ и управления режимами работы СИ в процессе поверки. Степень автоматизации повышается, снижается утомляемость поверителя и уменьшается вероятность субъективных ошибок, но поверяются только СИ, имеющие приборный интерфейс (рис. 2. 32).

Рис. 2.32. Структурная схема АРМП второго уровня АРМП второго типа обладает не только возможностями АРМП первого типа, но и обеспечивает управление по заданной программе рабочим эталоном (РЭ), вспомогательными СИ (ВСИ) и поверяемым СИ (ПСИ) полностью или частично без участия поверителя. Эта возможность значительно повышает эффективность поверки, но требует разработки специального программного обеспечения, создания управляемого коммутатора цепей и наличия у СИ метрологического комплекса приборных интерфейсов. Такие АРМП делают специализированными, т.е. предназначенными для поверки определенной группы СИ (АРМП-Х).

В данном случае универсальная микро-ЭВМ (например, “Нейрон Рили ПЭВМ по заданной программе через интерфейс и управляемый коммутатор или поверитель по требованию ЭВМ вручную коммутирует и устанавливает на СИ необходимые параметры сигнала. Далее ЭВМ через интерфейс считывает с ПСИ или РЭ (ВСИ) значение сигнала, сравнивает полученный результат с хранящимся в ее памяти нормированным значением сигнала, рассчитывает поверяемый метрологический параметр, сравнивает его значение с допустимым и делает вывод о метрологической пригодности к применению ПСИ по данному пункту поверки. Эта процедура повторяется в каждой поверяемой точке исследования. По результатам поверки ЭВМ с помощью принтера (ЦПУ) заполняет протокол поверки по данному параметру. Подобная процедура повторяется по всем автоматизированным операциям поверки. Такие АРМП особенно эффективны при наличии большого количества однотипных поверяемых СИ. Одновременно автоматизируется и процедура оформления Свидетельств о поверке и Извещений о непригодности к применению.

Третий уровень автоматизации поверочных работ нацелен на перспективный парк программируемых СИ (виртуальных СИ). При этом операции поверки осуществляются не с сигналами, а с кодами сигналов.

Условие создания АРМП третьего типа следующее: все СИ метрологического комплекса должны иметь микропроцессорные системы управления и интерфейсные блоки. Методики поверки программируемых СИ пока находятся в стадии разработки, хотя сами виртуальные СИ уже достаточно широко применяются на практике.

Структурная схема АРМП третьего типа приведена на рисунке 2.33.

В качестве РЭ используется управляемая мера. В этом случае на ПСИ с управляемого от ПЭВМ РЭ подается эталонный сигнал, значение которого соответствует записанному в памяти ПЭВМ. Показания ПСИ, как реакция на эталонный сигнал РЭ, поступают в виде цифрового кода в ПЭВМ для сравнения с кодом эталонного сигнала. После этого ПЭВМ рассчитывает поверяемый метрологический параметр ПСИ и сравнивает его значение с допустимым. Эта процедура по заранее разработанной программе повторяется в каждой поверяемой точке для всех операций поверки. В процессе выполнения операций поверки ПЭВМ распечатывает протокол поверки.

ВСИ ПСИ

Рис.2.33. Структурная схема АРМП третьего уровня Таким образом, АРМП третьего типа обеспечивает почти полную автоматизацию поверки в пределах каждой ее операции, не автоматическим остается лишь процесс включения СИ в АРМП. Этим и объясняется наивысшая степень автоматизации АРМП третьего типа, но лишь для ограниченного парка программируемых СИ.

Все выше изложенное можно свести в таблицу 2.7.

Таблица 2. АРМП автоматизиру- средствами поверяются 1-го 3-го В современных СИ наибольшее применение нашли интерфейсы:

КОП-канал общего пользования (ГОСТ 26.003-80; IEC-625; IEEE-488) и Стык С2 (RS-232).

В перспективных магистрально-модульных СИ будет использоваться совместимая интерфейсная шина VXI (КОП-2, IEEE-488.2).

В ВС РФ эксплуатируются СИ как с интерфейсом, так и без интерфейса. Поэтому в МВЧП ВС нашли применение автоматизированные метрологические комплексы, в которых АРМП реализуют первый и второй уровни автоматизации поверочных работ, СКАТ-2-1 и К-639 (14Б328).

Комплекс автоматизации поверочных работ СКАТ-2-1 состоит из:

- рабочего места управления комплексом (РМУК);

- рабочего места регистрации приборов (РМРП);

- 12 автоматизированных мест поверителя (АРМП);

- ремонтного рабочего места (РРМ).

При полном наборе рабочих мест комплекс обеспечивает:

1. Автоматизированную поверку СИ радиотехнических величин:

В1, В2, В3, В4, В6, В7, В8, В9, Ч1, Ч2, Ч3, Ч4, Ч6, Ч7, И1, И2, С1, С2, С3, С4, С6, С7, С8, У2, У3, У4, У7, М3, М5, Е6, Р1, Р2, Р3, Р5, Л2, Л3, Х1, Х5, Д1, Д2, Д3, Д5, Э2, Э6, Э7, Э8, Э9, Г2, Г3, Г4, Г5, Я1, Я2, Я4, Я7, Я8.

2. Автоматизированную поверку СИ электрических величин и времени, приборов связи, поверку и ремонт СИ давления.

3. Регулировку и текущий ремонт СИ радиотехнических и электрических величин.

4. Обмен информацией между рабочими местами по локальной сети.

5. Самоповерку 67% рабочих эталонов комплекса.

6. Автоматизацию управления производственной деятельностью метрологических подразделений.

Комплекс автономного метрологического обслуживания К- (14Б328) “Кедрач” обеспечивает автоматизированную поверку до 95% парка средств электрорадиоизмерений.

Комплекс состоит из 5 систем поверки (АРМП), в каждую из которых входят: рабочие эталоны и вспомогательные СИ, ПЭВМ и коммутирующие устройства. Каждая из систем может использоваться как в составе комплекса, так и самостоятельно. Конфигурация систем может изменяться.

Для проведения поверки в память ПЭВМ вводится программа поверки конкретного прибора. Вся информация о необходимых действиях поверителя и их последовательности выводится на монитор его рабочего места.

Комплекс обеспечивает поверку следующих СИ:

В2, В3, В4, В6, В7, В8, В9, Е6, У2, У3, У4, У5, У7, Л2, Р1, Р2, Р3, Р4, Р5, Ч1, Ч2, Ч3, Ч6, Ф2, Ф4, С1, С2, С3, С4, С6, С7, С8, С9, Д2, Д3, Д5, Х1, Х5, Г2, Г3, Г4, Г5, Г6, М3, М5, И2, щитовых и переносных электроизмерительных приборов.

Комплекс позволяет проводить самоповерку всех систем.

ЧАСТЬ 2. РЕМОНТ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ

ГЛАВА 3. РЕМОНТ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ

3.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РЕМОНТЕ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ В ВООРУЖЕННЫХ СИЛАХ

Ремонт средств измерений в Вооруженных Силах РФ проводится в рамках системы ТО и ремонта ИТ, которая представляет собой совокупность взаимосвязанных сил и средств, документации по ТО и ремонту, мероприятий, необходимых для поддержания и восстановления качества образцов ИТ, входящих в эту систему. ТО и ремонт ИТ организуются по планово-предупредительному принципу с внедрением ТО с периодическим контролем и ремонтом по техническому состоянию. Требования по ТО и контролю технического состояния излагаются в эксплуатационной документации на образцы ИТ, а на ремонт – в ремонтной документации.

При отсутствии в эксплуатационной (ремонтной) документации на образцы ИТ указаний о единых видов ТО, контроля технического состояния или ремонта необходимо руководствоваться требованиями руководящих документов по метрологическому обеспечению ВС РФ.

Система ТО и ремонта образцов ИТ включает три подсистемы:

- контроля технического состояния ИТ;

Подсистема ремонта СИ предназначена для восстановления их исправности, работоспособности или ресурса путем замены (ремонта) блоков, узлов и деталей.

В зависимости от технического состояния СИ, характера и объема работ по его восстановлению вводятся следующие виды ремонта:

- текущий ремонт (ТР);

- средний ремонт -1 (СР-1);

- средний ремонт -2 (СР-2);

- капитальный ремонт (КР).

Ремонт СИ осуществляется в войсковых ремонтных организациях, на ремонтных предприятиях Министерства обороны Российской Федерации или в МВЧП, а также на предприятиях промышленности и Госстандарта России. Организации и предприятия, осуществляющие ремонт СИ, должны быть лицензированы на данный вид деятельности (иметь лицензию установленного образца).

ТР выполняется для восстановления работоспособности СИ и заключается в устранении отказов и повреждений посредством замены отказавших составных частей (комплектующих элементов) или регулировки СИ в целях доведения их характеристик до установленных значений.

Под регулировкой понимается совокупность операций по доведению погрешностей СИ до значений, соответствующих техническим требованиям, с помощью регулировочных элементов и других специальных приспособлений, предназначенных для этих целей. Регулировка СИ проводится в соответствии с требованиями эксплуатационной или ремонтной документации.

ТР СИ осуществляют войсковые ремонтные организации и МВЧП.

К войсковым ремонтным организациям относятся подразделения (мастерские) по ремонту ВВТ воинских частей и соединений. ТР СИ в войсковых ремонтных организациях осуществляется в установленном для ремонта ВВТ порядке.

ТР СИ силами МВЧП может проводиться как в стационарных условиях, так и в местах эксплуатации СИ силами ВМГ.

а) внешний осмотр, определение комплектности;

б) очистку от пыли, загрязнений и окислений элементов монтажа и коммутационных устройств;

в) устранение незначительных механических повреждений (помятостей корпуса, конусности и искривления направляющих, люфтов и т. п.);

г) отыскание и устранение отказов посредством замены отказавших (поврежденных) элементов и деталей (вставок плавких, резисторов, транзисторов, диодов, стекол, пружин и т. п.), не требующих последующей сложной регулировки;

д) устранение отказов посредством регулировок, приведенных в эксплуатационной документации;

е) замену отказавших составных частей СИ, обнаруженных с помощью встроенных (при их наличии) или внешних средств диагностирования;

ж) отыскание и устранение отказов с применением трудоемких операций по замене элементов и деталей (микросхем, микромодулей, галетных переключателей и т. п.), не требующих проведения последующей сложной регулировки, связанной с подбором элементов, балансировкой схем и т. п.;

з) другие работы, равные вышеприведенным по сложности.

СИ, восстановить которые силами и средствами войсковых ремонтных организаций или МВЧП невозможно, возвращаются воинским частямвладельцам с извещением о непригодности к применению для отправки в ремонтные организации или списания.

СР-1 выполняется для восстановления исправности СИ при отказах и повреждениях, вызывающих необходимость проведения ремонтных работ по продлению срока службы СИ.

При СР-1 проводятся:

а) работы, выполняемые при ТР;

б) разборка СИ в объеме, необходимом для определения исправности каждой его составной части;

в) сложные регулировочно-настроечные операции, связанные с подбором элементов, перемоткой проволочных резисторов, катушек, переградуировкой шкал и т. п.;

г) восстановление (исправление) лакокрасочных и гальванических покрытий, устранение механических повреждений корпуса несущих конструкций и т. п.;

д) другие работы, равные вышеприведенным по сложности.

СР-1 выполняется силами и средствами войсковых ремонтных организаций и МВЧП, как правило, в стационарных условиях. Допускается проводить СР-1 силами ВМГ при условии комплектования их соответствующим ремонтно-технологическим оборудованием, ЗИП и документацией.

Для СИ с истекшим сроком службы (выработанным ресурсом) поверка проводится в объеме поверки после ремонта или первичной поверки в соответствии с требованиями нормативных и эксплуатационных документов (при наличии технических возможностей МВЧП).