Budowa i działanie oscyloskopu: Aby można było na ekranie lampy oscyloskopowej obserwować przebieg zmian napięcia lub prądu w f-cji czasu musimy doprowadzić do płytek odchylenia pionowego i równacz wymusić jednostajny ruch plamki świetlnej w kier. pozio.
Ze wzg. na zróżnic wielk. napięć obserwowanych przebiegów oraz określoną czułość lampy oscylosk niezbędne jest wyposażenie oscylo. w aperiodyczny wzmacniacz o szerokim paśmie przenoszonych częstotliw.
i wzmocnieniu regulowanym w dużym zakresie.Ze wzg. na konieczność obserwow przebiegów, których napięcia są znacznie wyższe od niezbędnych do uzyskania obrazu o max wysokości konieczne jest wyposażenie oscyloskopu w tłumik wejściowy: który najczęściej jest dzielnikiem skompensowanym.Zapewnia to przenoszenie sygnałów niesinusoidalnych bez zniekształceń.Aby otrzymać na ekranie obraz nieruchomy częstotliwość powtarzania ruchu plamki świetnej na osi poziomej musi być całkowitą wielokrotnością częstotliwości przebiegu obserwowanego, co automat pociąga za sobą konieczność wyposażenia oscyloskopu w układ stabilnego generatora impulsów piłokształtnych o częstotliwości regul w szerokich granicach zwanego Generatorem Podstawy Czasu.Dodatkowo stosuje się tzw. układ synchroniz tj. układy w których generator podstawy czasu jest sterowany sygnałem o częstotliwości badanej.
Zasada działania oscyloskopu:
Napięcie odchylające w kierunku poziomym x może być doprowadzone do płytek odchylających bezpośrednio lub przez wzmacniacz odchylenia poziomego.Jeżeli przełączniki P2 i P3 znajdują się w pozycji2, to do płytek x jest doprowadzony przebieg z generatora podstawy czasu.Z wyjścia generatora są podawane impulsy do układu formującego, którego zadaniem jest wytwarzanie ujemnych impulsów dostarczanych do cylindra Wehnelta w celu wygaszania promienia podczas jego powrotu. Wejście odchylania pionowego poprzez tłumik wejściowy i wzmacniacz odchylania pionowego jest połaczone z płytkami odchylania pionowego y.Gdy przełącznik P1 znajduje się w pozycji 1,wówczas napięcie wejściowe y jest doprowadzane bezpośrednio do płytek odchylających.
Oscyloskop jest zasilany z sieci napięcia przemiennego 50Hz za pośrednictwem dwóch zasilaczy: zasilacza niskiego napięcia ZNN-zasilającego układy elektroniczne oscyloskopu i zasilacza wysokiego napięcia ZWN-zasilającego poprzez dzielnik D elektrody lampy oscyloskopowej.
Doświadczalne wyznaczanie charakterystyk częstotliwościowych:
Schemat układu pomiarowego służącego do doświadczalnego wyznaczania charakt częstotliwościowych
G-generator wymuszenia sinusoidalnego x
U-urządzenie badane ukł
P1,P2-przetworniki pomiarowe
Rej-rejestrator kanałowy
Przetworniki P1P2 służą do pomiaru wymuszenia x i odpowiedzi y o dowolnej naturze fizycznej (np. przesunięcie, ciśnienie, napięcie) oraz do przedstawiania wyniku tego pomiaru w postaci sygnałów ex i ey dopasowanych do typu używanego rejestratora.Ponieważ w podanym układzie wyznacza się częstotliwościowe urzdzenia U łącznie z przetwornikami P1iP2 dlatego tez ważne jest aby przetworniki te miały jak najmniejszą inercyjność własną.Pomiary przeprowadza się dla kilkunastu wybranych pulsacji ω obejmujących zakres pracy bad urządz.Dla mniejszych pulsacji należy zarejestrować co najmniej 3 lub 4 okresy wymuszenia i odpowiedzi.Dla większych 6-8 okresów aby odrzucić początkowe przebiegi przejściowe i mierzyć amplitudy oraz przejścia fazowe ustalonych drgań sinusoidalnych.
Na rejestratorze otrzymamy wykresy:
x=
y=
Wykresy G(jω), L(ω), φ(ω)należy sporządzić na podstaw tabelki:
Charakterystyki częstotliwościowe:
Określają zachowanie się elementu lub ukł przy wszystkich częstotliwościach wymuszenia podając stosunek amplitud odpowiedzi do wymuszenia oraz przesunięcie fazowe między odpowiedzią a wymuszeniem jako funkcję częstotliwości.
Transmitancja Widmowa G(jω) - stanowi ona teoretyczną podstawę charakterystyk częstotliwościowych.Definicja jest jako: G(jω)= G(s) s=jω czyli inaczej
G(jω)=y'/x'
y'-wartość zespolona składowej ustalonej odpowiedzi ukł wywołanej wymuszeniem sinusoidalnym
x'-wartość zespolona wymuszenia
M(ω)-jest to amplitudowa charakterystyka częstotliwościowa czyli zależność modułu od częstotliwo.
(M=Ay/Ax -stosunek amplitudy odpowiedzi do wymusz.)
φ(ω)- jest to fazowa charak częstotliw. czyli zależność przesunięcia fazowego (φ=2πα/T) od częstotliw. ω(f)
L(ω)- logarytmiczna chartka amplitudowa
Jeżeli wartość ω logarytmujemy w φ(ω) to będzie to logarytmiczna charakterystyka fazowa.
Moduł M-stosunek amplitud wielkości wyjściow. do wej.
M=Ay/Ax
Przesunięcie fazowe- φ=2πα/T(rad) T-długość okresu fali sinusoidalnej mierzona na ekranie oscyloskopu w cm,
α-wielkość przesunięcia fazowego sygnałów mierzona na ekranie oscyloskopu w cm.
Model elementu inercyjnego 1-go rzędu
Element różniczkujący
Element oscylacyjny
Podstawowe sygnały identyfikujące:
1.Statyczne-występ jako zachowane stany fizyczne tzn. nośniki np. taśmy magnetofonowe.
2.Dynamiczne-przebiegi czasowe wielkości fizycznych używane do przekazywania informacji.Sygnały te charakteryzują się:a)wartością sygnału która odpowiada wartości jego wielkości nośnej.Wartość w jakiej zawiera się informacja nazywa się parametrem informacji.b)rodzaj sygnału-określa użytą jego wielkość nośną np. sygnały elektryczne pneumatyczne,mechaniczne dźwiękowe.
c)postacią sygnału określoną tym jaką stanowi funkcję czasu:- determinowany sygnał o znanym przebiegu np. sinusoidalnym
-przebieg sygnału jest przypadkowy
Podział sygnałów ze wzg. na postać:
1.Ciągły-przebieg ciągły w czasie
a)analogowy-parametr informacji może przyjmować dowolną wartość
b)dyskretny-liczba możliwych wartości parametrów jest skończona: cyfrowy, kwantowy
2.Nieciągły-występuje tylko okresowo w postaci impulsów
a)analogowy-impulsowe
b)dyskretny-wielostanowe,cyfrowe,kodowane
Charakterystyki czasowe: A. Skokowa
Nazywamy wykres przedstawiający zależność sygnału wyjściowego y(t) od czasu otrzymany po wprowadzeniu syg wej i syg wynuszającego u(t).Przed wprowadzeniem wymuszenia badany obiekt powinien znajdować się w stanie ustalonym.Jako wymuszenie najczęściej stosuje się sygnał skokowy np. skok jednostkowy u(t)=1(t)
Typowe wymuszenia x(t)
1.skok jednostkowy x(t)=1(t) x(s)=1/s
2.wymuszenie skokowe o dowolnej wartości
x(t)=1(t)xsa x(s)=1/s xsa
B. Impulsowa
-wymuszenie impulsowe
x(t)=δ(t)
x(s)=1
wymuszenie impulsowe-jego stosowanie nie jest możliwe w tych przypadkach gdy powoduje duże odchylenie wielkości wypadkowej, niekorzystnie dla danego procesu technolog.(zwłaszcza dla obiektów estetycznych)
Identyfikacja elementów podstaw. metodą wymuszenia jednostkowego.
1.Układy liniowe-ukła które zawierają wyłącznie elementy liniowe o prostoliniowych charakter statycznych, opisywane za pomocą liniowych równań różniczkowych,całkowych lub algebraicznych.Praktycznie układy liniowe możemy traktować jako ukł zawierające wszystkie elementy liniowe i linearyzowane.
2.Sygnał-w automatyce jest to dowolna wielkość fizyczna występująca w procesie sterowania, będąca funkcją czasu i wykorzystywana do przekazywania informacji. Sygnałem może więc być np. napięcie, prąd lub częstotliwość w ukł elektrycz, ciśnienie w ukł pneumatyk lub hydraulicz i przesunięcie(liniowe lub kątowe) w ukł mechanicznych. Sygnał jest nośnikiem informacji.
3.Element Automatyki-inaczej człon.Jest to dowolny podzespół, zespół, przyrząd lub urządzenie występujące w ukł automatyki w którym wyróżnić możemy sygnał wejściowy i wyjściowy.Schematycznie element przedstawia się w postaci prostokąta a kreski ze strzałkami oznaczają tor i kierunek przekazywania sygnału
4.Informacja-zawarta jest w wartości lub jednostce przebiegu sygnału.
5.Układ Automatyki-jest to zespół elementów biorących bezpośredni udział w sterowaniu automatycznym danego procesu (lub danej zmiennej procesu) oraz elementów pomocniczych, uporządkowany na zasadzie ich wzajemnej współpracy, tzn. zgodnie z kierunkiem przekazywania sygnałów
6.Transmitancją Operatorową G(s)-elementu lub ukł nazywamy stosunek transformaty wielkości wyjściowej y(s) do transformaty wielkości wejściowej x(s) przy zerowych warunkach początkowych G(s)=y(s)/x(s)
Opisuje ona własności elementu lub ukł liniowego.
Własności statyczne i dynamiczne podstawowych elementów liniowych:
Elementy liniowe dzieli się ze wzg. na ich własności dynamiczne na:bezinercyjne(proporcjonalne), inercyjne, całkujące, różniczkujące, oscylacyjne, spóźniające. Własności statyczne wszystkich elementów określa się podając równanie i wykres charakterystyki statycznej
y=f(x), a własności dynamiczne podając równanie różniczkowe i odpowiadającą mu transmitancję operatorową oraz wykres odpowiedzi y(t) na wymuszenie skokowe.
1)Elemeny bezinercyjne
2) Elementy inercyjne I rzedu
3)Element całkujący
4)Element różniczkujący
5)Element oscylacyjny
6)Element opózniajacy
Metoda wymuszenia skokowego (charakt skokowa)
Pomiar charakt skokowych jak wszystkie pomiary dynamiczne przeprowadza się w niewielkim obszarze wokół wybranego punktu pracy. Schemat ukł pomiarowgo
Wybór wartości delta x wymuszenia skokowego lub impulsowego powinien być indywidualnie rozwazany zaleznie od stopnia nieliniowości charakterystyki statycznej obiektu oraz występujących w czasie pomiaru zakłóceń. Wartość delta x powinna wynoscic 5-15% zakresuzmian wielkości wej w przypadku wymuszenia skokowego i około 15-25% tego zakresu w przypadku wymuszenia impulsowego. Zadanie generatora wymuszenia skokowego spełnia często proste urzadzenie służące do skokowej zmiany wartości sygnalu wej np. zespół stykowy lub zawór elektromagnetyczny.Przetworniki P1 i P2 słuza do pomiaru sygnałów x i y o dowolnej naturze fizycznej i przekształcenia wyników pomiaru na standardowe sygnaly wej rejestratora.Przetworniki te powinny mieć stale czasowe przynakmniej o rzad mniejsze od stalej czasowej badanego obiektu aby można było uznac wnoszone przez nie zniekształcenia priegów x(t) i y(t) za pomijalne.
Manometry cieczowe
Cisnienie lub róznica ciśnień jest przetwarzana na róznice poziomu cieczy.manometrem tego typu jest rurka dwuramienna w kształcie litery U wypelnina czesciowo ciecza na ogół rtęcią woda olejem lub alkoholem.W ramieniu rurki w którym panuje cisnienie nizsze ustali się wyższy poziom cieczy równoważąc swoim ciezarem róznice cisnienia w obu ramionach rurki.Róznica poziomu h w obu ramionach jest proporcjonalna do róznicy cisnienia i odwrotnie proporcjonalna do gęstości cieczy.Pochylajac jedno ramie rurki można uzyskac duza dokładność odczytu róznicy poziomu a wypełniając rurke ciecza o malej gęstości otrzymamy duze roznice poziomu przy niewielkich rónicach cisnienia.tzw mikromanometr