كلیات: اسیلوسكوپ اشعه كاتدی یك دستگاه نمایش دهنده است. در صورتی كه دیگر دستگاههای نمایش دهنده فقط مقدار ولتاژ یا مقادیر دیگر الكتریكی را نمایش می دهند اما اسیلوسكوپ اشعه كاتدی قادر است مقدار، فاز، فركانس موج و روابط بین مقادیر آنها را نمایش دهد. خلاصه اطلاعات بسیار زیادی از نظر كمی و كیفی در مورد كارهای اندازه گیری الكترونیك به اسیلوسكوپ داده شده است و با قسمت های متعلق به دستگاه هر اندازه گیری با ردیف فركانسهای زیاد با اسیلوسكوپ امكان پذیر است.
طرح ساده طبقاتی یك اسیلوسكوپ اشعه كاتدی در شكل(1-7) نشان داده شده است. طبقات این اسیلوسكوپ شامل لامپ اشعه كاتدیCRT ، تقویت كننده مرورX-Amp و قسمت منبع تغذیه PUمی باشد.

لامپ اشعه كاتدی
لامپ اشعه كاتدی در واقع یك لامپ خلاء است كه الكترونهای آن از یك كاتد گرم منتشر شده و برای رساندن به سرعت كافی ابتداء شتاب داده می شوند، سپس به شكل اشعه در آمده و در پایان به یك پرده نیمه شفاف پوشیده از فسفر رسانس برخورد می نماید.
محلی كه الكترونها به صورت اشعه در می آیند لوله پرتاب الكترون) ELECTRON GUN (گفته می شود. ساختمان ساده لامپ در شكل 1 نشان داده شده، لوله پرتاب مركب از یك كاتد K ، یك شبكه G (الكترود كنترل) و آندهای شماره 1و2 است. شدت اشعه الكترون توسط شبكه ای به همان شكل لامپ الكترون معمولی، كنترل می شود. آند اول در پناسیل مثبت نسبت به كاتد كار می كند. از این رو الكترونها هنگام عبور از این شبكه شتاب می گیرند و با شكاف كوچكی در وسط آن اشعه الكترونی تهیه می گردد. الكترونهای بیرون آمده از آند اول عملاً در مسیر خط مستقیمی حركت می كنند، لیكن نیروی دافعه بین الكترونها دور شدن اشعه را از هم به وجود می آورند. این تمایل توسط میدانهای الكترواستاتیكی با قرار دادن پتانسیل در آند اول و دوم لامپ كنترل می شود، از این رو تقارب اشعه الكترونی لامپ توسط آندهای اول و دوم نسبت به محور خود یك عدسی الكترونی تشكیل می دهند. معمولاً پتانسیل آند دوم ثابت است و پتانسیل آند اول برای تمركز اشعه متغیر می باشد، به همین دلیل آند اول را الكترود تمركز دهنده نیز می گویند.
منحرف شدن اشعه الكترونی به روی پرده به طور الكترواستاتیكی انجام می گیرد. انحراف الكترواستاتیكی توسط صفحات انحراف تهیه می گردند و به صورت دو وضع افقی(یاX) و عمودی(یاY) با زاویه قائمه نسبت به هم قرار دارند. میدانهای انحراف دهنده با اعمال ولتاژ مناسب بین هر دو جفت صفحات انجام می پذیرد.
وقتی كه ولتاژهای مختلفی به طور تناوبی به دو جفت صفحات انحراف دهنده وارد می شوند اشعه الكترونی به طرف بالا و پایین و همچنین در عرض پرده به ترتیب با تغییر مقدار و قطبین ولتاژ حركت می نمایند. در لامپ اشعه كاتدی وارد نمودن سیگنال مورد نظر به صفحاتY و اعمال یك ولتاژ استاندارد به صفحاتX مرسوم است، به طوری كه تركیب آنها محورهای مختصات را پدید می آورند. در تجزیه مدار الكتریكی معمولاً یك چیز در مورد تغییرات مقادیر نسبت به زمان جلب نظر می كند، بنابراین سیگنال مجهول به صفحات عمودی وارد شده و حركت عرضی(مروری) در پرده مستقیماً متناسب با زمان است و این زمان توسط صفحات افقی با استفاده از ولتاژی كه آن را ولتاژ مرور
(TIME BASE) می گویند ساخته می شود.
در این صورت مقداری كه نقطه نورانی روی پرده حركت كرده مربوط به دامنه ولتاژ وارد به صفحات انحراف دهنده می باشد و این پارامتر حساسیت انحراف لامپ اشعه كاتدی نامیده می شود، آن را می توان به صورت ولتاژ(یا جریان) لازم برای حركت نقطه نورانی در فاصله مشخصی روی پرده لامپ اشعه كاتدی تعریف نمود. معمولاً حساسیت انحراف(به طور جداگانه برای هر جفت صفحات) به میلی متر بر ولت(یا بر میلی آمپر) بیان می شود. حساسیت انحراف از نظر مقدار مربوط به طرح اشعه كاتدی و شرایط كار آن می باشد. یك سو كننده ولتاژ زیاد و مرور
مسئله بسیار ویژه در اسیلوسكپ های اشعه كاتدی تهیه ولتاژ زیاد یا ولتاژ فوق العاده زیاد(E.H.T) برای تغذیه آندهای آن می باشد این ولتاژ از یك تا 20 كیلو ولت متغیر است. معمولاً این مسئله با یك سو كننده ولتاژ زیاد مشابه آنچه در شكل 2 نشان داده شده است انجام می گیرد.
با مراجعه به شكل 2 ،D یك سو كننده ژرمانیومی یا سلنیومی میله ای شكل می باشد، مقاومت های تا مقسم ولتاژ را می سازد و این ولتاژهای تغذیه به الكترودهای لامپ اشعه كاتدی اعمال می گردد. مقاومت یك پتانسیومتر است كه ولتاژ وارده را برای بایاس منفی شبكه و مقاومت روشنائی برقرار می كند، مقاومت های و یك صافی را می سازد و مقاومت و خازن با هم صافی دكوپلاژ می باشند. مقاومت نیز یك پتانسیومتر برای كنترل پتانسیل آند اول برای تمركز(ROCUSE) و برای كنترل پتانسیل آند دوم به كار رفته اند. خازنهای و برای صاف كردن ضربانات استفاده شده اند. سیم پیچ L.T ترانسفورماتورـ Tr ولتاژ تغذیه گرمكن لامپ اشعه كاتدی را (كه 3/6 ولت می باشد) تهیه نماید.

قبلاً یادآوری شده است، طرح نمایش تغییرات كمیت مجهول نسبت به زمان روی پرده لامپ اشعه كاتدی با وارد نمودن سیگنال مورد نظر به صفحات انحراف عمودی و اعمال یك ولتاژ مرور به صفحات انحراف افقی صورت می گیرد، ولتاژ مرور باید خطی باشد زیرا انحراف در جهت افقی مستقیماً با زمان متناسب است. پس نقطه نورانی توسط مرور در جهت افقی با یك سرعت ثابت كشیده می شود و این نقطه نیز به طور عمودی توسط تغییرات سیكل ولتاژ وارده منحرف می گردد. در نتیجه نقطه نورانی روی پرده شكل موج را به همان طریقی كه معمولاً به صورت ترسیمی می كشند به معرض نمایش در می آورد.
اگر دوره تناوب ولتاژ متناوب وارد به صفحات عمودی برابر با دوره تناوب مرور باشد بدیهی است كه هر دو موج در همان صفحات در همان لحظه از زمان، مرور را شروع خواهند كرد و طرح نمایش داده شده دقیقاً بر مبنای همان تصویر واقعی قرار می گیرد. چیزی كه دیده می شود شكل ساكنی خواهد بود كه می توان از آن عكس برداری نمود.
برای اینكه مرور بتواند به طور دوره ای تكرار شود باید ولتاژ مرور همانطور كه در شكل3 نشان داده شده است شكل موج دندانه اره ای داشته باشد. ولتاژ به طور خطی تاVmax بالا می رود و سپس سریعاً به ولتاژ شروع VST بر می گردد. بنابراین در پایان مرور عرضی پرده نقطه نورانی به سمت چپ برای مرور بعدی آماده می شود. به این عمل ، برگشـــت اشعه(FLY -BACK) می گویند و زمان مربوط به آن، زمان برگشت اشعه BACK TIME ـFLY گفته می شود.

دستگاههای اندازه گیری آزمایشگاهی
به منظور انجام برخی از تحقیقات علمی در آزمایشگاه و کنترل دقیق فرآیند تولید صنایع پیشرفته نظامی ، اتمی و فضایی به دستگاههای اندازه گیری الکتریکی‌ای نیاز است که از دقت و کیفیت مرغوب گری نسبت به دستگاههای اندازه گیری معمولی برخوردار باشند. این دستگاهها برای کالیبره کردن دستگاههای اندازه گیری در موسسات استاندارد نیز بکار می‌روند. این وسایل اندازه گیری دارای ساختمانی پیچیده هستند و نسبت به دستگاههای معمولی قیمت بالاتری دارند.

اندازه گیری اختلالات اختلاف سطح الکتریکی (ولتاژ)
مقدار ولتاژ دو سر یک مولد یا مصرف کننده همواره بوسیله ولت متر اندازه گیری می‌شود. چون اختلاف پتانسیل بین دو نقطه را اندازه گیری می‌کند، بنابراین باید با دو سر مصرف کننده یا مولد به صورت موازی قرار گیرند، ولت متر به دو روش مستقیم و غیر مستقیم اختلاف سطح الکتریکی را اندازه می‌گیرد در روش مستقیم ولت متر به دو سر مصرف کننده متصل می‌شود و مقدار ولتاژ را اندازه گیری می‌کند.

در روش غیر مستقیم ولت متر بوسیله یک مبدل ولتاژ به دو سر مصرف کننده یا مولد متصل می‌شود این روش در مواردی بکار می‌رود که ولتاژ کار مصرف کننده‌ها یا شبکه بیش از حد مجاز دستگاه اندازه گیری باشد و یا این که از نظر حفاظتی نتوان ولتاژ مورد اندازه گیری را مورد سنجش قرار داد. کلید ولت متر برای اندازه گیری مقدار ولتاژهای خطی و فازی در شبکه‌های سه فاز ، از طریق تنها یک ولت متر از یک کلید ولت متر استفاده می‌کنند.

روش ولت متر
این روش اندازه گیری صامت است و در نتیجه از خطاهای حاصل از عیوب ممکن در گوش پرهیز می‌شود. در این روش با اندازه گیری مقدار موثر موج حاصل از تداخل دو سیگنال توسط ولت متر مقدار فرکانس مجهول بدست می‌آید. سیگنال مجهول ( ) و سیگنال ژنراتور ( ) از طریق مقاومتهای جداسازی و که می‌توانند دارای مقادیری بین 820 تا 1800 اهم باشند، به ولت متر وارد می شود.

برای اندازه گیری فرکانس با این روش ابتدا باید سیگنال مجهول را کنار گذارده و خروجی ژنراتور را برای انحراف عقربه ولت متر تا وسط صفحه مدرج تنظیم کنید. سپس با اعمال سیگنال مجهول مشاهده خواهید کرد که عقربه به نوسان افتاده و به بالا و پایین وسط صفحه حرکت می‌کند. با تنظیم فرکانس ژنراتور چنانچه روی فرکانسی برابر فرکانس مجهول قرار گیرد، عقربه از نوسان افتاده و به حالت سکون می‌رسد. بنابراین در این روش می‌توان با دقت بیشتری فرکانس مجهول را بدست آورد. یکی از مزایای این روش این است که عقربه تنها در فرکانس اصلی سکون خواهد یافت و در هماهنگها نیز نوسان خواهد کرد.

اندازه گیری فرکانس نوع القایی
این دستگاه را اندازه گیری فرکانس نوع آهن متحرک نیز می‌نامند. در این دستگاه فرکانس مستقیما توسط آهن متحرک خوانده می‌شود. در این دستگاه دو سیم پیچ ثابت و بطور عمود بر یکدیگر سوار می‌شوند. عنصر متحرک یک تیغه آهنی نرم و باریک و بلند است که به آن عقربه‌ای متصل کرده‌اند. انحراف این تیغه آهنی متناسب با میدان مغناطیسی حاصل از دو سیم پیچ و است. شبکه سلفی _ مقاومتی متصل به سیم پیچها اختلاف فاز بین جریانهای جاری در سیم پیچها را کاهش داده و بدان وسیله مانع از چرخش تیغه آهنی می‌شود. در این صورت چون تیغه نمی‌تواند چرخش میدان مغناطیسی را دنبال کند، انحرافی متناسب با فرکانس جریان پیدا می‌کند.
این نوع فرکانس را معمولا برای اندازه گیری فرکانس برق شهری (25 ، 40 ، 50 ، 60 و 125 هرتز) بکار می‌برند. البته وسایلی با این چنین ساختمانی برای اندازه گیری فرکانسهای بالاتر تا حدود 500 هرتز نیز ساخته شده است. اغلب دستگاه را برای یک فرکانس معمول طراحی کرده و آن را در وسط صفحه مدرج قرار می‌دهند. انحراف عقربه در دو طرف فرکانس کار دستگاه از 30 درصد تا 85 درصد متغیر است. دقت این نوع وسایل بستگی به نوع ساخت و مدل آن دارد و می‌تواند به 0،5درصد برسد. دستگاه اندازه گیر فرکانس نوع القایی را می‌توان برای یک ولتاژ / یک فرکانس ، دو ولتاژ/ یک فرکانس یا دو ولتاژ / دو فرکانس بکار برد.

اندازه گیری فرکانس نوع تیغه‌ای
این وسیله به نام تیغه مرتعش معروف است. در این وسیله M یک ماده مغناطیس دائمی می‌باشد. روی گردن این مغناطیس یک سیم پیچ (L) با تعداد دور بسیار از سیم نازک پیچیده شده است. این سیم پیچ به منبع جریان فرکانس صوتی مجهول متصل می‌شود. یک طرف تیغه R (یک نوار نازک فلزی مانند آهن یا فولاد) به یکی از قطبین آهنربا وصل شده است. طرف دیگر این تیغه با فاصله کمی روی قطب دیگر آهنربا قرار می‌گیرد. تیغه فنری دارای پریود ارتعاشی است که با توجه به طول و ضخامت آن تعیین می‌شود.

چنانچه جریان متناوبی به سیم پیچ جاری شود، نیروی میدان مغناطیسی منتج با فرکانس موج ac تغییر می‌کند و تیغه را وادار به ارتعاش می‌نماید. وقتی فرکانس موج ، معادل با فرکانس طبیعی باشد، ارتعاش خیلی شدید است، بطوری که انتهای آزاد تیغه دیده نمی‌شود. چنانچه فرکانس موج بالاتر یا پائین‌تر از فرکانس طبیعی تیغه باشد، ارتعاش کندتر صورت گرفته و به شکل خاکستری رنگ دیده می‌شود.

در دستگاههای عملی چندین تیغه را با طولهای مختلف کنار هم سوار می‌کنند. قطب بالایی آهنربا چنان بریده شده که تیغه‌ها دارای طولهای متفاوتی باشند. این عمل بدین منظور انجام می‌گیرد که انتهای آزاد تیغه‌ها در یک خط قرار گرفته و از خارج به سهولت قابل روئیت باشند. برای روئیت بهتر تیغه‌ها خمیدگی سر آزاد آنها را به رنگ سفید در می‌آورند. اگر اختلاف طول تیغه‌ها کم باشد، در یک فرکانس مشخص چندین تیغه به ارتعاش در می‌آید (معمولا 3 تیغه)، اما آن تیغه که ارتعاش طبیعی وی به فرکانس مجهول نزدیکتر است، فعالتر بوده و از دید محو می‌شود، در حالی که تیغه‌های دیگر به رنگی تیره هنوز دیده می‌شوند.

اندازه گیری الکترونیکی فرکانس از نوع آنالوگ
این دستگاه دارای امپدانس زیادی بوده و قابلیت اندازه گیری 0 تا 10kHz و 0 تا 100kHz را دارد. از آمپرمتر فرکانس جریان dc از 0 تا 50 میکروآمپر عبور می‌کند. مقدار فرکانس مستقل از دامنه سیگنال 1،7 ولت به بالا بوده و همچنین مستقل از شکل موج می‌باشد و پاسخ مدار خطی است و بنابراین کافی است در هر باندی یک نقطه تنظیم شود. این آرایش شامل دو تقویت کننده بیش تغذیه شده (Overdriven) است. خروجی طبقه آخر ( ) یک موج مربعی است که در یک مدار RC بکار برده می‌شود. دیودهای و عمل یکسوسازی را انجام می‌دهند.

تا وقتی دامنه موج مربعی ثابت است، انحراف عقربه (M) تنها به تعداد پالسهای موجود در هر ثانیه بستگی پیدا می‌کند و بنابراین بطور مستقیم با فرکانس سیگنال متناسب است. دستگاه را باید ابتدا روی یک نقطه از هر باند تنظیم نمود. این تنظیم تنها برای یک بار انجام می‌شود. بهترین نقطه برای تنظیم عبارت از فرکانس حد بالای باند جهت انحراف کامل عقربه است. پتانسیومترهای تا برای این منظور در مدار جای گرفته‌اند.

اندازه گیری الکترونیکی نوع دیجیتال
همانند اندازه گیر نوع آنالوگ اندازه گیر نوع دیجیتال نیز الکترونیکی است و امپدانس بالایی تولید می‌کند. در این نوع اندازه گیرها میتر M حذف شده و فرکانس به صورت یک سری اعداد که توسط مدارهای خاص تولید می‌شود، نشان داده خواهد شد. بنابراین اندازه گیر دیجیتال ، یک دستگاه تمام الکترونیکی است. دستگاه نوع دیجیتالی اصولا شامل یک شمارنده الکترونیکی است که تعداد پالسهای موجود در هر ثانیه را شمرده و سپس یک نمایش دهنده 5 یا 8 عددی را جهت نمایش فرکانس بکار می‌اندازد. گیت مبنای زمانی یک ثانیه‌ای توسط یک سیگنال مبنای زمانی دقیق (سیگنال ساعت) کنترل می‌شود. این سیگنال در داخل دستگاه تولید شده و معمولا از یک نوسان ساز کریستالی بدست.

نحوه نصب كنتور تكفاز در مدار چگونه است ؟
سیم فاز را به سر سیم پیچ جریان وصل نموده و از سر دیگر آن فاز را می گیرند . و دو سر سیم پیچ ولتاژ را به فاز و نول وصل می كنند . زمانی كه مصرف كننده ای به كنتور وصل می شود جریان از سیم فاز و نول می گذرد . بعبارت دیگر جریان مصرف كننده از سیم پیچ جریان می گذرد و در آن یك میدان مغناطیسی ایجاد می كند . سیم پیچ ولتاژ كه همیشه به برق وصل است و دارای یك میدان مغناطیسی ثابت است كه مقدار آن هیچ ارتباطی به مصرف كننده متصل شده به كنتور ندارد . این دو میدان مغناطیسی بر هم اثر كرده و سبب ایجاد نیروی حركتی در صفحه آلومینیومی درون كنتور می شود . سرعت حركت این صفحه با جریان مصرف كننده رابطه مستقیم دارد . این حركت توسط یك محور و چرخ دنده به یك شماره انداز یا نمراتور ارتباط دارد و بر اساس گردش آن شماره ها زیاد می شود . این شماره ها بجز رقم اول میزان كاركرد كنتور یا همان مصرف انرژی الكتریكی را بر حسب كیلو وات ساعت نشان میدهند .البته درون كنتور قطعات دیگری هم نظیر : آهنربای سرعت گیر و پیچهای تنظیم و ... وجود دارند كه ما از توضیح آنها صرف نظر كرده ایم .

انواع كنتور كدامند ؟
برای مصارف خانگی دو نوع كنتور تكفاز و سه فاز بطور عام وجود دارند كه در دسته بندی كنتورها به نوع اكتیو معروفند . اما در مصارف صنعتی می توان به كنتورهای راكتیو و كنتورهای دو تعرفه اشاره كرد كه در جلسات قبل مختصری در باره آنها توضیح داده ایم .

كنتور های پیشرفته چگونه كار می كنند ؟
در كشورهای برخوردار از تكنولوژی دیگر كنتور نویسی به مفهوم رایج آن در ایران منسوخ شده است . در این كشورها كه پول الكترونیكی بسیار رایج است از كنتورهای هوشمند كه در بازه های زمانی خاص میزان مصرف را مشخص كرده و به ادارات برق گزارش می دهند استفاده می شود . این كنتورها میزان مصرف را از طریق همان خطوط برقی كه آنرا می رسانند به توزیع كننده اطلاع می دهند و شركتهای فروشنده برق نیز بطور خودكار از حساب مصرف كننده برداشت می كنند . در صورت موجود نبودن حساب و پس از اخطارهای كتبی از طریق فرمان از راه خطوط برق بصورت خودكار كنتور برق مشترك را قطع می كند و مشترك پس از پرداخت هزینه می تواند از خدمات شركت فروشنده استفاده كند .