книги / Электронные приборы контроля и автоматизации нефтехимического производства

6Е5С, которая является устройством, сочетающим свойства элек­ тронной лампы и электроннолучевого прибора.

Основная часть каждого электронного осциллографа — элек­ троннолучевая трубка, конструктивно представляющая собой длинную стеклянную колбу, расширяющуюся к одному концу (рис. 92). На узком конце трубки помещается цоколь, через ко­ торый проходят выводы от электродов. На широком конце имеется круглый экран, обращенный к наблюдателю. Во время работы прибора на экране появляются изображения.

Ряс, 92. Принцип действия электронного осциллографа.

1 — катод; 2 — первый анод; 3 —второй анод; 1 —сетка; 5 — пла­ стины, отклоняющие луч по вертикали; 6 — пластины, отклоняю­ щие луч по горизонтали; 7 — экран.

в определенном направлении и фокусируют электронный луч, т. е. направляют электроны по сходящимся траекториям так, что они образуют узкий конус, вершина которого лежит на экране трубки.

Катод имеет конструкцию, в общем сходную с катодами элек­ тронных ламп. Он помещен внутри цилиндрического электрода, который осуществляет предварительную фокусировку луча и управляет плотностью электронов в луче, т. е. яркостью светя­ щегося пятна на экране. На этот электрод, который обычно на­ зывают сеткой, подают относительно катода небольшой отрица­ тельный потенциал. Изменяя потенциал сетки, регулируют яр­ кость.

Следующие за сеткой электроды — первый и второй аноды — представляют собой цилиндры, на которые относительно катода подают высокие положительные потенциалы, причем на второй больший потенциал, чем на первый. Первый и второй аноды пред­ ставляют систему, называемую электростатической линзой, ко­ торая фокусирует луч и сообщает электронам большую скорость. Фокусировку регулируют, изменяя потенциал первого анода.

Электроны, пройдя по осям первого и второго анодов, продол­ жают лететь по инерции в направлении к экрану трубки, ударяясь о него. Экран трубки с внутренней стороны покрыт особым веще­ ством, которое при ударе электронов начинает светиться. Поэтому в месте падения электронного луча на экране появляется светя­ щееся пятно. С увеличением скорости электронов в луче яркость свечения пятна увеличивается, от фокусировки зависят размеры пятна. Фокусировка влияет также и на яркость пятна, так как изменяет плотность электронов в луче. В случае прекращения падения электронов на экран свечение в данной точке его исче­ зает не сразу, а по прошествии нескольких сотых долей секунды. Поэтому, если место падения электронов быстро перемещается по экрану по одной и той же траектории, на экране появляется сплошная светящаяся линия.

Рис. 93. Смещение светящегося пятна на экране электронного осциллографа в зависимости от потенциалов пластин.

Между электронной пушкой н экраном находятся две пары отклоняющих пластин, между которыми проходит электронный луч. Как известно, в электрическом поле электроны двигаются по направлению к электроду, заряженному положительно. По­ этому, если на какую-либо пару отклоняющих пластин будет подана некоторая постоянная разность потенциалов, электрон­ ный луч, проходя между пластинами, будет отклоняться в сторону пластины, находящейся под положительным потенциалом. Место падения луча на экране, т. е. светящееся пятно, соответственно переместится. Горпзоптальпая пара пластин отклоняет луч в вер­ тикальной плоскости, т. е. передвигает пятно вверх и вниз. Вер­ тикальная пара пластин отклоняет луч в горизонтальной пло­ скости, т. е. может передвигать пятно на экране вправо и влево.

На рис. 93 показано смещение пятна на экране в зависимости от потенциалов отклоняющих пластин.

Если на одну из пар отклоняющих пластин подать переменное напряжение (например, от сети), то место падения электронного луча будет непрерывно перемещаться по горизонтальной прямой

ризонтальные пластины. Вследствие указанного периодического перемещения электронного луча наблюдатель будет видеть на экране осциллографа непрерывную горизонтальную или вер­ тикальную линию (рис. 94).

162

Если на обе пары пластин будут поданы переменные напряже­ ния, то форма линии, по которой будет перемещаться след элек­ тронного луча, будет определяться суммарным действием обеих отклоняющих пластин и может быть очень сложной. Форма этой линии, изображение которой наблюдатель увидит, будет зависеть от формы, амплитуды, частоты и сдвига фаз переменных напряже­ нии, поданных па отклоняющие пла­ стины.

На рис. 95, а показан случай, когда на обе пары пластин поданы синусо­ идальные переменные напряжения, рав­ ные по частоте и амплитуде и совпадаю­ щие по фазе. В этом случае осцилло­ грамма будет представлять собой пря­ мую линию, наклоненную к гори­ зонту под углом 45°. Изменение ампли­ туды одного из напряжений влияет только на наклон прямой. При сдвиге фаз между напряжениями Ui п U2

270°, эллипс превращается в круг (рис. 95, б). Если ампли­

Рис. 95. Образование крпвых при подаче на обе пары отклоняющих пластин переменных напряжений.

а — оба напряжения синусоидальны, равпы по амплитуде и совпадают по фазе; б —. на­ пряжения синусоидальны п равны по амплитуде, но сдвинуты по фазе на 90°.

переменных напряжений существенно влияет на форму осцил­ лограмм.

Во всех рассмотренных выше примерах частоты напряжений Uг н U2 были одинаковы. Вообще осциллограмма представляет собой какую-нибудь неподвижную фигуру только в случае равен­ ства частот напряжений Ui и U2 или кратности их, т. е. если частота одного напряжения в целое число раз больше или меньше

частоты другого. Например, для частоты 50 гц кратными будут частоты 100, 150 п 200 гц и т. д., 25, 162/з гц и т. д. В случае отсут­ ствия этого условия на экране не будет неподвижной кривой, а будет кривая (или группа кривых), перемещают,(яся по экрану слева направо или справа палево в зависимости от того, какая частота больше.

При кратных частотах напряжений, подаваемых на откло­ няющие пластины, форма кривой на экране осциллографа будет значительно сложнее, чем при равенстве частот. Например, два равных по частоте синусоидальных напряжения, сдвинутые по фазе на 90°, дают осциллограмму в виде круга, такие же напря­ жения при отношении частот 1 : 2 дают на экране восьмерку.

Рис. 96. Развертывание ис­ следуемого переменного напряжения при помощи пилообразного напряже­ ния.

Самое интересное и основное применение осциллографа — это получение на его экрапе кривой, непосредственно изображаю­ щей изменение исследуемого напряжения в зависимости от вре­ мени, т. е. получение графика напряжения в прямоугольных координатах в том виде, в котором его обычно изображают. Для получения такой осциллограммы па вертикально отклоняющие пластины, т. е. пластины, вызывающие отклонение луча в верти­ кальной плоскости, подают исследуемое переменное напряжение, а на вторую пару пластин, вызывающих отклонение луча в гори­ зонтальной плоскости, подают переменное напряжение, величина которого в течение каждого периода изменяется пропорционально времени (равномерно), а частота равна частоте исследуемого на­ пряжения или кратна ей.

Напряжение, подаваемое на горизонтально отклоняющие пластины, в этом случае называется развертывающим напряже­ нием и график его имеет пилообразную форму (рис. 96, а). Воз­ растающая часть этого напряжения (АБ) линейна, т. е. напряже­ ние возрастает пропорционально времени, а уменьшение напря­ жения (участок БВ) происходит очень быстро по сравнению с возрастанием. Если частота развертывающего пилообразного напряжения будет равна или кратна частоте исследуемого напря­

164

Вследствие того, что для усиления напряжений, подаваемых на отклоняющие пластины, применяются усилители переменного тока, электронный осциллограф не реагирует на постоянные напряжения, подаваемые на входы его усилителей. Частотная характеристика усилителей осциллографов ЭО-4 и ЭО-7 весьма широка и позволяет исследовать частоты от 2 гц до 150—250 кгц без заметных искажений. Входное сопротивление вертикального усилителя около 2 лиюм; это дает возможность применять осцил­ лограф для измерений в высокоомных цепях. Чувствительность ЭО-4 и ЭО-7 такова, что можно свободно исследовать переменные напряжения порядка единиц милливольт.

Схема осциллографа предусматривает синхронизацию частоты

в том случае, когда генератор не точно настроен на нужную частоту. Это устраняет перемещение изображения на экране осциллографа при изменении напряжения питающей сети н от других причин, которые могут песколько изменять частоту гене­ ратора развертки.

Порядок работы электронным осциллографом. Прежде чем включить осциллограф в сеть и начать с ним работать, необхо­ димо внимательно ознакомиться с инструкцией к прибору, выяс­ нить назначение каждой рукоятки и зажима на лицевой панели, установить величину напряжения в сети переменного тока в месте установки прибора и степень колебаний сетевого напря­ жения, подготовить провода для подключения входа вертикаль­ ного усилителя, подвести провод заземления, выяснить, нет ли поблизости от места установки осциллографа каких-нибудь устройств, создающих сильные магнитные поля (трансформаторы, электродвигатели, сварочные аппараты и т. д.).

При работе с осциллографом нужно придерживаться следую­ щих правил.

1.Исследуемое напряжение подключается к зажимам «вход»

и«земля» вертикального усилителя. Для подключения нужно изготовить специальный шнур из гибкого провода с надежной изоляцией; провода должны обязательно иметь металлическую экранирующую оплетку. Можно применить два провода в общей металлической оплетке. Следует помнить, что подключение ос­ циллографа при помощи провода без экрана исказит изображе­ ние, если исследуются высокоомные цепи. Часто для подклю­ чения осциллографа используют один экранированный провод,

причем жила подключается к зажиму «вход», а экранная оплетка к зажиму «земля». Такой способ не может быть рекомендован, так как посторонние э. д. с., наводимые в оплетке, оказываются включенными последовательно с измеряемым напряжением. Это особенно становится заметным при большой длине провода.

Концы провода с одной стороны должны оканчиваться крюч­ ками или одинарными вилками (для подключения к осциллографу)

166

с другой стороны — лаоораторными зажимами типа «крокодил» (для подключения к проверяемому прибору). Экранная оплетка шнура соединяется с проводом, подсоединяемым к зажиму «земля» осциллографа. Концы проводов, которые не покрыты экранной оплеткой, нужно оставлять возможно короче, особенно того провода, который подсоединяется к зажиму «вход». Для удобства работы нужно, чтобы концы проводов, подсоединяемых к исследуемому прибору, не соединялись между собой на рас­

на рпс. 97. Таких шнуров желательно иметь два, так как при

некоторых измерениях вход

Лонитовая ручка

горизонтального усилителя также подключается к иссле­ дуемой схеме.

2. При подключении осцил­ лографа к прибору всегда нужно иметь в виду, что один входной зажим каждого из усилителей заземлен.1 Как пра­ вило, все исследуемые напря­ жения рассматриваются по отношению к заземленному корпусу прибора. В тех слу­ чаях, когда приходится подклю­ чать осциллограф к двум незаземленпым точкам, нужно ясно представлять последствия за­

земления одной из них, подключаемой к корпусу осциллографа. Если это недопустимо, следует отсоединить провод заземления от корпуса осциллографа.

3. Яркость изображения устанавливают возможно меньшую. При всех кратковременных перерывах в работе нужно «гасить» луч, чтобы не вызывать бесполезного выгорания экрана. При более длительных перерывах следует выключать питание осциллографа.

4. Никогда нельзя оставлять неподвижного луча на экране в виде неподвижной светящейся точки. Это приводит к быстрому выгоранию экрана трубки и ее повреждению. Луч становится неподвижным, когда ни на одну из пар отклоняющих пластин не подается переменное напряжение. Это случается при измере­ ниях, когда генератор развертки не работает (измерение напря­ жения, определение сдвига фаз). При таких измерениях перед тем, как снять напряжение с входа усилителей, нужно выклю­ чить луч.

5. При исследовании формы переменного напряжения оно подключается к входу вертикального усилителя при помощи шнура, который описан выше. При работе с электронными при-

1 Соединен с корпусом осциллографа.

167

*Е5Н!Г

борами чаще всего исследуются напряжения техническом частоты (50 гц). В этом случае частота генератора развертки устанавли­ вается по контрольному сигналу. Вообще же переключатель

Если эта частота неизвестна, то пробуют работать на каждом диапазоне, вращая рукоятку «частота плавно» до положения, когда кривая па экране будет неподвижна и представлять собой один или два периода исследуемого напряжения. Если на экране появляется система кривых, наложенных друг на друга (сетка), это значит, что частоту генератора развертки нужно уменьшить, вращая рукоятку «частота плавно» против часовой стрелки, или, если этого недостаточно, перейти на следующий диапазон номером меньше. Неподвижную кривую на экране можно полу­ чить при нескольких значениях частоты генератора развертки, кратных исследуемой.

Например, при исследовании напряжений технической ча­ стоты (50 гц) частота генератора развертки может быть 50, 25, 162/з, 121/г гц и т. д. В первом случае на экране будет виден гра­ фик одного периода исследуемого напряжения, во втором слу­ чае — двух периодов и т. д. Обычно удобнее работать, имея на экране два или три периода. Частоту генератора развертки, большую, чем частота исследуемого напряжения, применяют редко.

Переключатель синхронизации при исследовании формы кри­ вой напряжения должен находиться в положении внутренней синхронизации, а ручку регулятора амплитуды синхронизации следует устанавливать на деления 3—4. Регулятор усиления горизонтального усилителя должен быть в таком положении, чтобы кривая по горизонтали не доходила до краев экрана; обычно регулятор стоит на делении 2—3.

Усиление вертикального усилителя устанавливают, исходя из тех же соображений, что и горизонтального. Перед началом работы н у ж н о установить переключатель входа1 в положение «1 : 100» и, если в этом полсженпн чувствительность недоста­ точна, переставить на положение «1 : 10» пли «1 : 1». При макси­ мальном коэффициенте усиления вертикального усилителя (пе­ реключатель в положении «1 : 1», регулятор на делении 7—10) и большом сопротивлении исследуемой цепи при малой ее ем­ кости вертикальный усилитель может самовозбуждаться. В этом случае его вход следует зашуптировать конденсатором емкостью

внесколько десятков никофарад.

6.Электронный осциллограф может быть использован как пиковый вольтметр, т. е. вольтметр переменного тока, который измеряет амплитудное значение напряжения. Измеряемое напря­

жение подается на вход вертикального усилителя, генератор

1 Здесь и далее указания даны применительно к осциллографу типа

ЭО-7.

168

развертки выключается (переключатель диапазонов устанавли­ вается в положение «выключено». На экране осциллографа по­ является вертикальная линия, пропорциональная величине от пика до пика измеряемого переменного напряжения, т. е. про­ порциональная двойной амплитуде напряжения. Для измерения длины светящейся линии можно пользоваться измерителем или сеткой, нанесенной на прозрачном пластмассовом диске, накла­ дываемом на экран трубки.

Чтобы по длине светящейся линии можно было определить величину напряжения, осциллограф должен быть проградуи­ рован при различных положениях рукоятки регулятора чувстви­ тельности вертикального усилителя. При этом следует иметь в виду, что перевод переключателя входного делителя из поло­ жения «1 : 100» в положение «1 : 10» (и из положения «1 : 10» в положение «1 : 1») увеличивает чувствительность вертикаль­ ного усилителя и, следовательно, длину светящейся линии при неизменном входном напряжении в десять раз.

Для ориентировочного определения величины напряжения можно пользоваться методом сравнения с контрольным сигналом. Напряжение контрольного сигнала равно 2,5 в. Зная это, посту­

устанавливают такое положение регулятора чувствительности вертикального усилителя, чтобы вертикальная линия на экране была равна какой-нибудь определенной величине, например четырем большим делениям по сетке экрана. Положение ручки «усиление» запоминают. После этого контрольный сигнал с входа вертикального усилителя снимают и подают на вход измеряемое напряжение, ручку «усиление» устанавливают в такое положение, при котором длина линии была бы такой же, как и при подаче контрольного сигнала. Возможно, что для этого входной дели­ тель потребуется переключить в положение «1 : 10» или «1 : 1». Измеряемое напряжение находят из следующих выражений:

1)если переключатель входного делителя при подаче изме­

ряемого напряжения стоял в положении «1 : J00», то

пк— деление, па котором находилась рукоятка регулятора

16»

усилепия вертикального усилителя при подаче на его вход контрольного сигнала;

пх — то же при подаче измеряемого напряжения.

Пример. Положение рукоятки усиления при подаче контроль­ ного сигнала 0,7 делений (считаем за целые деления большие оцифрованные деления); то же при подаче измеряемого напря­ жения 0,4 деления, причем входной делитель был в положении

Описанный способ измерения напряжений по контрольному сигналу может дать только очень приблизительный результат, так как напряжение контрольного сигнала изменяется с изме­ нением напряжения сети и чувствительность вертикального уси­ лителя не строго пропорциональна положению ручки регулятора усиления. Однако простота и быстрота измерения таким спосо­ бом позволяют рекомендовать его в тех случаях, когда доста­

на вход вертикального усилителя постоянного напряжения луч отклонится от своего среднего положения вследствие того, что изменили заряд переходные емкости вертикального усилителя, но потом опять возвращается к прежнему положению. Для из­ мерения постоянных напряжений можно воспользоваться катодно­ лучевой трубкой, подавая напряжение непосредственно на ее отклоняющие пластины, но в практике прибориста необходи­ мость в такого рода измерениях не встретится.

7. Измерение сдвига фаз двух напряжении при помощи электронного осциллографа можно вести двумя различными спо­ собами. Сущность первого описана выше. Он состоит в том, что одно из напряжений подается па вход вертикального усилителя, а другое — на вход горизонтального усилителя. По форме кривой, появляющейся на экране, судят о сдвиге фаз между напряжени­ ями. В этом случае генератор развертки нужно выключать. Чтобы не ошибиться в определении сдвига фаз, оба напряжения должны вызывать одинаковое отклонение луча по осям, для чего нужно установить соответствующие чувствительности верти­ кального и горизонтального усилителей.

Делается это так:

1)подается напряжение только на вход вертикального усили­ теля, на экране появится вертикальная линия; усиление верти­ кального усилителя устанавливается таким, чтобы длина линии имела какую-нибудь определенную величину, которую заме­ чают:

2)напряжение с входа вертикального усилителя снимается {положение регулятора усиления не изменяется), а на вход гори­

170