СодержаниеВведение……………………………………………………………………2rn1. Погрешности измерений…………………………………………………..7rn2. Измерение токов и напряжений………………………………………….15rn3. Измерение мощности……………………………………………………..24rn4. Измерение времени, частоты и фазы…………………………………….32rn5. Приборы анализа электрических сигналов……………………………...42rn6. Измерение напряженности поля и помех………………………………..47rn7. Измерение параметров двухполюсников………………...……………...49rn8. Измерения затухания четырехполюсников……………………………..52rn9. Автоматизация измерений……………………………………………….55rn10. Литература………………………………………………………………...56ВведениеМетрология – наука об измерениях – нахождения численных значений некоторых свойств объектов в единицах физических величин.rn Роль измерений в жизни и развития человеческого общества огромна. Особенно велик удельный вес измерений в технике связи, так как в этой отрасли знаний используются такие физические свойства, которые не могут быть оценены ни одним органом чувств человека. Поэтому в технике связи до 35% всех затрат на создание каналов связи и их эксплуатацию составляют затраты на измерительные средства контроля.rn Все измерения, проводимые в технике связи, подразделяются на rn- измерение параметров сигналов (напряжения, мощности, частоты и т.п.);rn- измерение величин, характеризующих условия передачи (усиление, ослабление, отражение, искажение, помехи);rn- измерение отдельных элементов аппаратуры (сопротивлений, емкостей, индуктивностей и т. п.);rn- измерение характеристик трактов связи (АЧХ, ФЧХ, переходных характеристик и т. п.);rn- определения характера и места повреждения в магистралях связи и др.;rn- поверка рабочих измерительных приборов.rnДля количественной оценки свойств объектов служат единицы физических величин (ФВ), которые делятся на основные (принятые Международной конференцией по мерам и весам – система «СИ»): м – метр, кг – масса, с - секунда, А – ампер, К – температура по шкале Кельвина, кд – канделла (сила света), Моль – количество вещества и радиан – угловая мера. Все остальные ФВ являются их производными (Гц, В и т. д.).rnВ технике связи для определения усиления, ослабления, уровней сигналов широко используются безмерные физические единицы – децибелы (дБ), которые отсчитываются от абсолютного нулевого уровня сигнала Р0=1mВ следующим образом:rnуровень сигнала по мощности ;rnуровень сигнала по току ;rnуровень сигнала по напряжению ;rnгде нулевые уровни по току и напряжению равны и rn(Rн – сопротивление нагрузки).rn Использование безразмерных ФВ (дБ) позволятrn1. «Сжать» масштаб изменения величин Pн, Iн, Uн. Например, перепад мощности относительно Р0 в 106 раз (миллион клеток в линейном масштабе!) соответствует (60 клеток).rn2. При расчетах результирующих напряжений, токов или мощностей на выходе последовательно включенных усилителях, ослабителях умножение (деление) на коэффициенты передачи отдельных блоков заменяется суммированием (вычитанием) уровней в дБ, что значительно упрощает расчеты. В технике связи уровни возможных сигналов занимают очень большие динамические диапазоны и каналы связи состоят из значительного числа отдельных усилителей (ослабителей), поэтому измерения в безразмерных ФВ (дБ) чрезвычайно широко распространены.rnОбеспечение надежности, достоверности и единства измерений обеспечивается государственной метрологической службой (Госстандарт РФ) путем разветвленной сети научных и контрольно-измерительных организаций, которые обеспечивают разработку и создание государственных эталонов единиц ФВ и передачу этих ФВ низовым – рабочим приборам посредством образцовых приборов (или образцовых мер). При этом создается конкретная поверочная схема передачи ФВ от Государственного эталона – рабочему эталону – образцовому прибору – 1 класса и т.д. вплоть до рабочего прибора. При этом отдельная ступень поверочной схемы обеспечивается метрологическим запасом по точности измерений в . Таким образом, если рабочий прибор имеет класс точности 10,0 (10%), то образцовый прибор для его поверки может быть класса 1,0 (1%). Использование более точного прибора нецелесообразно: чем точнее прибор, тем он дороже и его эксплуатация требует более высокой квалификации.rnНеобходимо отметить, что слежение за качеством рабочих приборов и их поверка по образцовым – обязанность инженера связи.rnГосударственный эталон (ГЭ) – это устройство, воспроизводящее данную физическую величину с наивысшей точностью, которая требуется на конкретный период развития техники. Обычно ГЭ создаются в двух экземплярах на страну (второй эталон – копия для слежения за их совместной продолжительной работой) и от ГЭ ФВ методом сравнения передается тем или иным способом – рабочему эталону, по которому сличаются образцовые приборы. Обеспечение нормальной работы верхней части поверочной схемы – обязанности учреждений Госстандарта.rnЧтобы понять необходимость государственной метрологической службы, пояснить требования к ГЭ приведем требования к точности измерения времени от древних времен до современной цивилизации.rnДревние греки для контроля времени использовали солнечные часы с точностью ±0.5 часа. Развитие мореплавания потребовало для определения географической долготы знать время кульминации светила (Солнца) с точностью до ±1 мин. за время многомесячного путешествия, так как перемещение корабля на 1 угловую минуту равно 1 миле (1852 м). Отсюда появились очень точные морские хронометры. Настоящее время для целей космонавтики необходимо иметь уход «часов» не более чем на 100 мкс! Таким образом рабочие приборы измерения времени должны иметь точность 10-10 %!rnСтоль же высокие требования предъявляются к точности измерения частоты (Гц) в технике связи. Время и частота – взаимосвязанные ФВ, они обеспечиваются одной и той же службой времени и частоты в стране очень похожими, по принципу работы, измерительными приборами.rnСами же средства измерения по роду работы подразделяются на аналоговые и цифровые, а по сложности исполнения на: измерительные механизмы (ИМ) – устройства, преобразующие электрические величины в механическое перемещение стрелок, или измерительные приборы (ИП) – устройства, имеющие электронные усилители-преобразователи с оконечным измерительным механизмом (ИМ’ом).rnВ технике связи из-за широкого диапазона рабочих амплитуд, частот подавляющее число составляют ИП. При этом усложняется как сам процесс их создания, так и методы оценки результирующей погрешности измерений. А задача инженера не только ответить на вопрос чему равен результат контроля, но, главное, с какой точностью получен ответ. Радиотехнические измерения очень сложны и без оценки результирующей точности (ошибки измерения) сравнивать или анализировать результаты невозможно.rnС точки зрения методов измерения они бываютrn1. Прямые, когда в ИП не происходит изменение вида ФВ и результат отклонения ИМ (угол α стрелки) прямо пропорционален искомой величине. Например вольтметр измеряет «В», амперметр – «А».rn2. Косвенное измерение, когда измеряют некоторые влияющие параметры, а по известным формулам затем рассчитывается искомая физическая величина. Например, измерение мощности на высоких частотах (более 100 кГц) невозможно путем перемножения В на А, как это обычно делают на низких частотах. Измерение тока – это последовательное включение с нагрузкой индуктивности (или сопротивления), которая и обеспечивает измерение тока. На высоких частотах последовательно с нагрузкой ничего включать нельзя, можно лишь параллельно включать очень большое сопротивление. Поэтому ваттметры высоких частот – это квадратичные вольтметры, которые проградуированы в наборе известных Rн (50, 75, 600) Ом, то есть идет измерение «Ом», «В» и вычисляется - [Вт]. В процессе измерения в ИП’е происходит смена ФВ, при этом расчет результирующей погрешности усложняется.rn3. Совместные измерения, когда в основном ИП работает косвенным методом, но в отдельных точках (точки калибровки) проводятся прямые измерения. Например, осциллограф для более точного измерения длительности импульса имеет встроенный калибратор ряда значений длительности импульсов, что позволяет исключить нелинейность развертки.rn4. Совокупные, когда с помощью ряда измерений (например, R при различных температурах) находят искомую зависимость (R=f(T0)).Литература1. Метрология, стандартизация и измерения в технике связи /под ред. Хромого Б.П. – М.: Радио и связь, 1986.rn2. Кушнир Ф. В., Савенко В. Г., Верник С. М. Измерения в технике связи – М.: Связь, 1976.rn3. Кончаловский В. Ю. Цифровые измерительные устройства – М.: Энергоатомиздат, 1986.rn4. Мирский Г. Я. Радиоэлектронные измерения – М.: Энергия, 1975.rn5. Яловицкий М. П. Электрические измерения на линиях связи – М.: Радио и связь, 1984.rn6. Воронцов А. С., Фролов П. А. Импульсные измерения коаксиальных кабелей связи – М.: Радио и связь, 1985.rn7. Основы эксплуатации средств измерений / под ред. Покровского Р. Т. – М.: Радиосвязь, 1987.
|
|
