Поверка средств измерений (СИ) – совокупность операций, выполняемых органами государственной метрологической службы и субъектами хозяйствования с целью определения и подтверждения соответствия СИ установленным требованиям.[1,5]
Цель поверки — установить:
- находятся ли метрологические характеристики (МХ) поверяемого СИ в заданных пределах;
- нет ли в поверяемом СИ неисправных или недостаточно надежных деталей, узлов или блоков, которые могут стать причиной недопустимых изменений МХ или выхода СИ из строя.
Таким образом, суть поверки:
- поверка – это одна из форм государственного или ведомственного метрологического контроля;
- цель поверки – установить соответствие СИ метрологическим и техническим требованиям, установленным в нормативных документах (НД) и признание СИ годным к применению;
- поверка проводится опытным путем по официально утвержденным методикам поверки;
- поверку проводят лица, аттестованные в качестве поверителей в порядке, установленном ГосСтандартом;
— если результаты поверки положительные, то на СИ и/или НД наносится оттиск поверительного клейма и/или выдается свидетельство о поверке, а если результаты отрицательные – СИ бракуется и выдается извещение о его непригодности с указанием причин.
В зависимости от целей и назначения результатов виды поверки классифицируются по следующим признакам:
-
В зависимости от того, какой метрологической службой она проводиться: государственная и просто «поверка»;
-
В зависимости от этапа работы СИ поверка может быть: первичная, периодическая и внеочередная;
-
В зависимости от характера проведения поверка подразделяется на инспекционную и экспертную.
Особенностью же разработки методик поверки для цифровых осциллографов является, во-первых – принадлежность данных приборов к цифровым, что вносит свои специфические особенности, во-вторых – универсальность осциллографа, то есть его способность к измерению достаточно большого количества параметров электрического сигнала, каждый из которых должен быть подвержен проверке.
1 Аналитический обзор средств измерений. Структурно-функциональная схема прибора
Развитие техники точного осциллографирования привело к созданию универсального осциллографа нового типа – цифрового осциллографа (ЦО), являющегося еще одним примером ЦИП. Исследуемый аналоговый сигнал преобразуется с помощью АЦП в коды, которые далее запоминаются в дискретной памяти, реализуемой с помощью оперативного запоминающего устройства (ЗУ).
Поверка преобразователя давления измерительного аппарата «Сапфир-22»
... токовый выходной сигнал. Преобразователи разности давлений при работе с блоком извлечения корня БИК-1 могут использоваться для получения линейной зависимости между выходным сигналом и измеряемым ... области выполнения поверочных работ по результатам анализа со стороны руководства. 4. Планировать и выполнять поверку в соответствии с установленными методами и в сроки, установленные графиками. 5. ...
Благодаря этому значительно упрощается задача измерения и обработки параметров сигнала, обеспечивается осциллографирование однократных сигналов и появляется возможность полностью автоматизировать процесс исследования формы сигналов и измерения их параметров. В самом общем виде структурная схема ЦО показана на рисунке 1.
Рисунок 1 — Обобщенная структурная схема ЦО
Как видно из рисунка 1, управление работой ЦО осуществляется тактовыми импульсами УУ. В АЦП реализуется кодоимпульсный метод преобразования при развертывающем уравновешивании с равномерно ступенчатым изменением компенсирующего напряжения. Благодаря этому имитируется временная развертка осциллографа.
Оперативное ЗУ позволяет запомнить весь массив мгновенных значений U(t), поступающих в виде кодов с АЦП, а также необходимую служебную информацию. Скорость записи в ЗУ и его емкость оказывают существенное влияние на быстродействие и метрологические характеристики ЦО.
Особо следует остановиться на видах визуальных индикаторов (ВИ), применяемых в ЦО. Они подразделяются на две группы: ЭЛТ и матричные индикаторные панели (МИП).
При использовании ЭЛТ необходимы дополнительные ЦАП, преобразующие коды ЗУ в напряжение сигнала U(t), поступающее на пластины Y, и напряжение развертки, подаваемое на пластины X ЭЛТ. Необходимость в ЦАП отпадает, если перейти к МИП – плоским матричным экранам, дискретность которых естественным образом согласуется с дискретной формой представленной информации. Кроме того, применение МИП снижает габариты и массу ЦО, устраняет источники высокого напряжения и резко сокращает число органов управления экраном. В настоящее время также широко применяются жидкокристаллические индикаторы (ЖКИ) и их сенсорные разновидности, позволяющие сократить количество органов управления на передней панели приборов.
В последнее время на практике успешно применяются цифровые осциллографы [7], в которых входные аналоговые сигналы преобразуются с помощью параллельного или параллельно-последовательного (смешанного) АЦП в коды, записываемые в цифровое запоминающее устройство, где они хранятся необходимое для исследования время. Для получения изображения на экране осциллографа коды считываются с запоминающего устройства. При этом исследуемый сигнал может отображаться как на экране электронно-лучевой трубки, так и на плоском матричном экране, выполненном на жидких кристаллах или светодиодах.
Простейшая структурная схема цифрового осциллографа представлена на рисунке 2. Мгновенные значения исследуемого сигнала, поступающего со входа Y через входное устройство ВУ на АЦП, в определенные моменты времени, задаваемые тактовым генератором ТГ, преобразуются в цифровые коды и запоминаются в цифровом запоминающем устройстве ЗУ. Далее эти коды поступают в отображающее устройство ОУ, где на их основе вырабатываются сигналы, управляющие вертикальным перемещением световой точки на экране.
Разработка схемы цифрового осциллографа
... приборы. Можно выделить следующие преимущества цифрового осциллографа: высокая точность измерений; яркий хорошо сфокусированный экран на любой скорости развёртки; возможность отображения сигнала до момента запуска; возможность ... же тактовой частоте. DS87C550 имеет максимальную тактовую частоту 33MHz, что эквивалентно работе стандартного МК с тактовой частотой до 99MHz. МК C8051F120 выполняет 70% ...
Рисунок 2 – Простейшая структурная схема цифрового осциллографа
В те же моменты времени формирователем нарастающего кода ФНК вырабатывается код, равномерно нарастающий по времени. Он также поступает в отображающее устройство, где преобразуется в сигнал, управляющий горизонтальным перемещением световой точки на экране. Этот процесс имитирует временную развертку осциллографа.
Если в качестве дисплея используется экран электронно-лучевой трубки, то коды, соответствующие мгновенным значениям исследуемого сигнала и временной развертке, преобразуются в цифроаналоговых преобразователях в напряжения, подаваемые, соответственно, на вертикальные и горизонтальные отклоняющие пластины трубки. Если дисплеем является матричный экран, то указанные коды преобразуются в позиционные, которые выбирают одну из строк и один из столбцов матричной панели, на пересечении которых возникает светящаяся точка.
Функциональные возможности цифровых осциллографов значительно шире, чем возможности аналоговых. Они позволяют получать в цифровой форме многие параметры исследуемого сигнала, реализовывать его дифференциальную, интегральную или спектральную характеристики и т.п., автоматизировать процесс измерения, управлять им дистанционно и т.д. На экране помимо осциллограмм в цифровой форме отображаются коэффициент отклонения (чувствительность по вертикали) и длительность развертки. Кроме того, применение матричных экранов уменьшает габариты цифровых осциллографов и делает их более безопасными с точки зрения охраны труда, поскольку в этом случае отпадает необходимость в использовании источников питания высокого напряжения.
Так, портативный цифровой осциллограф «Север-1» с цветным экраном на жидких кристаллах имеет размеры 156х257х256 мм и предназначен для наблюдения, запоминания в цифровой форме и измерения амплитудно-временных параметров двух электрических сигналов в диапазоне частот 0-50 МГц. При этом обеспечивается высокая точность измерений (погрешность измерения мгновенных значений напряжения не более 2 %) и автоматическое измерение основных параметров сигнала: амплитуды, размаха, периода сигнала, параметров переходной характеристики. Кроме того, в осциллографе предусмотрены режим самописца с длиной записи 20 000 точек и режим усреднения.
Современная микропроцессорная техника благодаря включению ее в цифровой осциллограф позволяет решать практически любые функциональные задачи, возникающие при исследовании электрических сигналов. В качестве примера приведем осциллограф ОЦСЗ-01С. Этот запоминающий осциллограф, сочетающий в себе измерительное устройство и вычислительную машину, обеспечивает визуальное наблюдение, запоминание в цифровой форме, измерение и математическую обработку амплитудно-временных параметров периодических и непериодических сигналов в динамическом диапазоне от 4 мВ до 50 В и полосе частот от 0,1 до 50 МГц. В качестве портативной ЭВМ используется IBM PC/AT/ATX – совместимый компьютер (процессор типа Intel 486 и выше).
1.1 Цифровой запоминающий осциллограф
Одно из основных направлений совершенствования осциллографов основано на широком использовании в их схемах цифровых методов обработки сигналов и микропроцессоров [6].
Цифровой осциллограф
... параметрам можно отне сти: частота дискретизации, длина внутренней памяти. 3 Структура и принцип работы цифрового осциллографа Рис. 1 Упрощенная структурная схема цифрового осциллографа (ЦО) МУ – масштабирующее устройство (усилитель и делитель напряжения); ...
Структура построения современного цифрового осциллографа зависит от объема и характера функций, возложенных на используемую микропроцессорную систему.
Сравнительно простая схема цифрового осциллографа представлена на рисунке 3. Это цифровой запоминающий осциллограф (ЦЗО).
Рисунок 3 – Структурная схема цифрового запоминающего осциллографа
В момент t i по команде микроконтроллера (МК) в АЦП начинается преобразование поступающего на его вход напряжения U(t).
В результате напряжения U(ti ) преобразуется в числовой код и записывается в ячейку запоминающего устройства ЗУ. Процесс запоминания значений U(ti ) продолжается до заполнения предназначенных для этого ячеек памяти ЗУ. При необходимости по команде МК из памяти ЗУ в определенной последовательности выбираются числа и подаются на ЦАП, где преобразуются в соответствующие напряжения U(ti ).
Далее эти напряжения через оконечный усилитель подаются на вертикально отклоняющие пластины. В результате при наличии разверток на экране отображается последовательность светящихся точек, а при наличии блока интерполяции — развернутая осциллограмма.
Функции генератора развертки в данной схеме может выполнять ЦАП, управляемый сигналами, поступающими на его вход от микроконтроллера. На выходе ЦАП образуется ступенчато изменяющееся напряжение, близкое к линейно изменяющемуся. Скорость развертки при этом определяется быстродействием ЦАП и микроконтроллера.
Современные ЦЗО обеспечивают практически неограниченное время хранения информации, возможность воспроизведения участков запоминаемого сигнала. Вместе с тем невысокое быстродействие АЦП ограничивает максимальную частоту исследуемых сигналов(40 МГц).
1.2 Цифровой осциллограф с программным управлением
Более широкие возможности имеют цифровые осциллографы с программным управлением на основе микропроцессорных систем [5].
Структура таких осциллографов подобна структуре вычислительных машин (рисунок 4).
Рисунок 4 – Обобщенная структурная схема цифрового осциллографа с программным управлением
Исследуемый аналоговый сигнал U(t) поступает на входное устройство, где осуществляется согласование его параметров с АЦП, а также автоматическое переключение каналов при многоканальном осциллографировании. Кроме того, здесь с помощью встроенных измерителей могут определяться амплитудные и временные параметры исследуемого сигнала.
После АЦП последовательность кодов информативных параметров сигнала через внутриприборный интерфейс подается в ЗУ, которое, как правило, включает в свой состав:
- оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), обладающее высокой скоростью записи сигналов, следующих с частотой дискретизации;
- запоминающее устройство программ управления (ЗУПУ), обеспечивающее хранение программ математической и логической обработки результатов измерений и программ управления осциллографом;
- запоминающее устройство служебной информации (ЗУСИ), предназначенное для хранения выводимой на экран численно — буквенной и другой знаковой информации.
Из ЗУ сигналы поступают в процессор П, отображающее устройство или через внешний интерфейс на внешние устройства и ЭВМ.
В качестве процессора в цифровом осциллографе могут использоваться микропроцессорные комплекты, а также микро- и мини ЭВМ. Наличие микропроцессорной системы позволяет полностью автоматизировать работу осциллографа. Процессор осуществляет выбор и задание режимов работы осциллографа, обработку результатов измерений, связь осциллографа с оператором и внешними устройствами и другие операции.
Светолучевые и электроннолучевые осциллографы
... и однократные быстропротекающие сигналы. Специальные осциллографы служат для исследования телевизионных или высоковольтных сигналов и т.п. Светолучевой осциллограф Шлейфовый осциллограф, светолучевой, вибраторный осциллограф, прибор для ... датчиками в пропорциональное изменение электрического напряжения или тока. Рис2 Шлейфовый осциллограф (схема устройства) рис 2. Для одновременной регистрации ...
На отображающих устройствах цифровых осциллографов можно наблюдать не только осциллограммы сигналов, но и численные значения ряда его параметров. Т.к. в рассматриваемом осциллографе имеется возможность измерять параметры сигналов на его входе, а не на выходе канала горизонтального или вертикального отклонения, как в обычных аналоговых осциллографах, то численные значения исследуемых параметров измеряются с более высокой точностью
1.3 Приставки к персональному компьютеру
Анализатор сигналов предназначен для работы с персональным компьютером (ПК).
Все индикаторы и органы управления отображаются на мониторе ПК. Питание осуществляется от шины USB. В совокупности с персональным компьютером или ноутбуком устройство представляет собой многофункциональный аппаратно-программный измерительный комплекс. Возможности комплекса позволяют использовать его в учебных лабораториях.
