Лайли Жибек №1 СРСП Измерения в телекоммуникациях (1). Анализ средств измерения параметров волоконно оптических линий передачи по дисциплине Измерения в телекоммуникациях
 Скачать 191.07 Kb.
|
 Факультет «Компьютерных технологий и кибербезопасность» Кафедра «Радиотехника, электроника и телекоммуникации» СРСП №1 на тему: «Анализ средств измерения параметров волоконно- оптических линий передачи» по дисциплине: «Измерения в телекоммуникациях» Выполнила: Абдижаббар Д.Х. Студентка группы CTTS-1902 Проверил: Илипбаева Л.Б. Алматы 2021 Содержание Введение 3 1ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ 4 ВОЛЬТМЕТРОВ 4 1.1 Аналоговые электронные вольтметры 4 1.2 Структурные схемы аналоговых вольтметров 10 2. Электромеханические вольтметры 15 Заключение 19 Список использованной литературы 20 ВведениеАктуальность темы. В эпоху научно-технической революции темпы развития науки и техники в значительной степени определяются научным и техническим уровнем измерения. В свою очередь уровень развития измерительной техники является одним из важнейших показателей прогресса науки и техники. Измерения являются одним из важнейших путей познания природы человеком. Они дают количественную характеристику окружающего мира, раскрывая человеку действующие в природе закономерности. Все отрасли техники не могли бы существовать без развернутой системы измерений, определяющих как все технологические процессы, контроль и управление ими, так и свойства и качество выпускаемой продукций. Особенно возросла роль измерений в век широкого внедрения новой техники, развития электроники, автоматизации, атомной энергетики, космических полетов. Метрология, стандартизация, сертификация являются главными инструментами обеспечения качества продукции, работ и услуг — важного аспекта коммерческой деятельности. Метрология — это наука об измерениях, способах обеспечения их единства и путях приобретения нужной точности [1]. Основной целью самостоятельной работы является изучение метрологического обеспечения измерений напряжения. В соответствии с поставленной целью в работе поставлены следующие задачи: 1. Ознакомиться с основными техническими характеристиками вольтметров. 2. Провести анализ аналоговых и электромеханических вольтметров. ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИВОЛЬТМЕТРОВДля оценки технических характеристик измерительных приборов принято пользоваться такими показателями: Внутреннее сопротивление. В идеале этот показатель должен быть максимально высоким. В этом случае минимизируется влияние прибора на цепь, в которую он подключается. Другими словами, чем больше внутреннее сопротивление вольтметра, тем точнее измерение; Диапазон измеряемых напряжений. Большинство вольтметров являются универсальными и измеряют напряжение в диапазоне от десятков милливольт до 1000 вольт. Этих пределов вполне достаточно для большинства измерений. Однако специалисты широко используют специальные приборы, которые позволяют измерять очень маленькие значения напряжений с высокой точностью – милли и даже микровольтметры (с точностью до тысячных и миллионных частей вольта) и киловольтметры, измеряющие высокие напряжения порядка тысяч вольт. Работа с этими приборами требует наличия некоторых специальных знаний, навыков и допуска к эксплуатации электроустановок с напряжением свыше 1000 В, чтобы не вывести из строя приборы (милли- и микровольтметры) или не допустить электротравмирования и гибели обслуживающего персонала (при работе с киловольтметрами); Точность измерения (погрешность). Этот параметр характеризует возможные отличия показаний прибора от реального напряжения в цепи; Диапазон частот измеряемого переменного напряжения. 1.1 Аналоговые электронные вольтметрыПо принципу действия вольтметры разделяются на: - Электромеханические - магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, электростатические, выпрямительные, термоэлектрические - электронные - аналоговые и цифровые - дистанционные - По назначению: - постоянного тока; - переменного тока; - импульсные; - фазочувствительные; - селективные; - универсальные; - По конструкции и способу применения: - щитовые; - переносные; - стационарные; При измерении напряжения методом непосредственной оценки вольтметр подключается параллельно участку исследуемой цепи. Для уменьшения методической погрешности измерения собственное потребление вольтметра должно быть мало, а его входное сопротивление велико. Поэтому в последние годы в основном используются электронные вольтметры. Электронные вольтметры представляют собой сочетание электронного преобразователя и измерительного прибора. В отличие от вольтметров электромеханической группы электронные вольтметры постоянного и переменного токов имеют высокие входное сопротивление и чувствительность, широкие пределы измерения и частотный диапазон (от 20Гц до 1000 МГц), малое потребление тока из измерительной цепи. Классифицируют электронные вольтметры по ряду признаков: - по назначению – вольтметры постоянного, переменного и импульсного напряжений; универсальные, фазочувствительные, селективные; a) по способу измерения — приборы непосредственной оценки и приборы сравнения; • по характеру измеряемого значения напряжения — амплитудные (пиковые), среднего квадратического значения средневыпрямленного значения; • по частотному диапазону — низкочастотные, высокочастотные, сверхвысокочастотные. Кроме того, все электронные приборы можно разделить на две большие группы: аналоговые электронные со стрелочным отсчетом и приборы дискретного типа с цифровым отсчетом. В соответствии с общепринятыми обозначениями отечественным электронным вольтметрам присваивается индекс В. Например ВК7-16А — вольтметр комбинированный (К) —может измерять сопротивление; 7 — универсальный на постоянный и переменный ток; 16 — номер разработки; А — модификация. Вольтметры постоянного тока имеют индексацию В2, а вольтметры переменного тока-—ВЗ. При измерениях силы тока электронным вольтметром, вначале ток преобразуется в напряжение, а затем определяется по формуле: Ix = Ux /R0 Электронные аналоговые вольтметры сравнения в большинстве своем реализуют наиболее распространенную модификацию метода сравнения — нулевой метод. Поэтому чаще они называются компенсационными вольтметрами. По сравнению с вольтметрами прямого преобразования это более сложные, но и, как подчеркивалось ранее более точные приборы. Кроме того, из схемы рис. 2.2 видно, что в момент компенсации Х=0 и прибор не потребляет мощности от источника X. Применительно к компенсационным вольтметрам это означает возможность измерения не только напряжения, но и ЭДС маломощных источников. В практике электрорадиоизмерений подобные измерения выполняются как с помощью электронных компенсационных вольтметров, так и электромеханических. Для пояснения применения нулевого метода при измерении ЭДС и напряжения рассмотрим вначале классическую схему электромеханического компенсатора постоянного тока, представленную на рис. 3.16. Одним из основных функциональных узлов любого компенсатора является высокоточный переменный резистор R, по шкале которого отсчитывают измеряемое значение ЭДС (Ех) или напряжения (Ux). Поэтому компенсаторы принято называть по ГОСТ 9245—79 измерительными потенциометрами. В качестве образцовой меры ЭДС применяется нормальный элемент (НЭ) — электрохимический источник, ЭДС (Еа) которого известна с очень высокой степенью точности. Однако емкость НЭ невелика, и длительное сравнение в процессе измерений Ex(Ux) с Ен невозможно. Поэтому схема потенциометра дополняется вспомогательным источником ЭДС (Еo) большой емкости. Для сравнения с Ex(Ux) используется падение напряжения на образцовом резисторе Rн., создаваемое током от источника Eо—рабочим током (Iр), который предварительно устанавливается. Таким образом, процесс измерения Ex{Ux) должен состоять из двух этапов. На первом этапе устанавливается требуемое значение Iр. Для этого переключатель устанавливается в положение 1 и с помощью потенциометра Rp добиваются нулевого показания индикатора И (как правило, магнитоэлектрический гальванометр). Как видно из рис. 3.16, этому соответствует IpRн=Eн, т. е. рабочий ток Iр, который далее должен оставаться постоянным, будет воспроизводить в процессе измерений значение Ен. На втором этапе измеряют значение Ex(Ux). Для этого переключатель переводится в положение 2, и изменением сопротивления потенциометра R вновь добиваются нулевого показания И. При Iр = const этому соответствует Ex (Ux) = IpR, т. е. искомое значение Ex(U^}^.R и может быть отсчитано по шкале R. Таким образом, метрологические характеристики измерительных потенциометров постоянного тока определяются параметрами НЭ, образцовых резисторов, индикатора и источника Еу. В качестве НЭ применяются насыщенные и ненасыщенные обратимые гальванические элементы, положительный электрод которых образуется ртутью, а отрицательный — амальгамой кадмия. Классы точности НЭ регламентируются ГОСТ 1954—82 в пределах 0,0002...0,02 и определяют класс точности потенциометра в целом. Потенциометр R выполняется по специальной схеме, обеспечивающей постоянство /р при изменении R и необходимое число знаков (декад) при отсчете Ex(Ux). Этим требованиям удовлетворяют схемы с замещающими и шунтирующими декадами. Измерительные потенциометры могут использоваться и для измерения переменных напряжений. Однако компенсирующее напряжение необходимо в этом случае регулировать не только по модулю, но и по фазе. Поэтому такие потенциометры имеют более сложную схему, чем потенциометры постоянного тока, а по точности значительно уступают им из-за отсутствия на переменном токе образцовой меры, аналогичной по своим характеристикам НЭ. В практике электрорадиоизмерений они полностью вытеснены электронными компенсационными вольтметрами. В компенсационных вольтметрах измеряемое напряжение (постоянное, переменное, импульсное) сравнивается с постоянным компенсирующим напряжением, которое в свою очередь точно измеряется вольтметром постоянного тока и является мерой Ux. Типовая структурная схема такого вольтметра приведена на рис. 1. Как видно из рис. 1, основу вольтметра составляет компенсационный ИП, состоящий из измерительного диода V с нагрузкой R, регулируемого источника постоянного компенсирующего напряжения -Ек, усилителя и индикатора с двумя устойчивыми состояниями. При отсутствии Ux индикатор, реализуемый с помощью функциональных узлов находится в первом устойчивом состоянии, а при некотором пороговом значении переходит во второе состояние. Процесс измерения Ux как раз и сводится к постепенному увеличению Ек до тех пор, пока индикатор не перейдет во второе устойчивое состояние. Значение Ек, соответствующее моменту перехода, измеряется вольтметром постоянного тока и является мерой Ux.  Рисeнок 1-Структурная схема компенсационного вольтметра В сочетании с другими схемными решениями (применение индикатора с малым пороговым напряжением, лампового измерительного диода со стабильной характеристикой и др.) оказывается возможным проектировать высокоточные компенсационные вольтметры. Недостаток рассмотренной схемы — необходимость установки Ей вручную. Поэтому в большинстве вольтметров схему ИП усложняют, обеспечивая автоматическую компенсацию Ux и Ек. Автокомпенсационные вольтметры являются прямопоказывающими приборами и более удобны в эксплуатации. 1.2 Структурные схемы аналоговых вольтметровУпрощенные структурные схемы аналоговых вольтметров представлены на рис. 1.1. В настоящее время аналоговые электронные вольтметры постоянного тока (рис. 1.1, а) находят ограниченное применение, так как они по своим техническим свойствам сильно уступают цифровым вольтметрам постоянного тока. Поэтому дальше рассматриваются только аналоговые вольтметры переменного тока.  (УПТ – усилитель постоянного тока;> – усилитель переменного тока; МЭС – магнитоэлектрическая система – стрелочный прибор) Изображенная на рис. 1.1, б структурная схема используется в вольтметрах переменного тока для измерения напряжений значительного уровня. Частотный диапазон таких вольтметров может составлять сотни мегагерц. Чтобы обеспечить необходимую точность вольтметра к усилителям постоянного тока, применяемым в электронных вольтметрах, предъявляются жесткие требования в отношении линейности амплитудной характеристики, постоянства коэффициента усиления, температурного и временного дрейфа нуля. При построении электронных вольтметров для измерения малых напряжений эти требования не всегда могут быть удовлетворены. Поэтому электронные вольтметры переменного тока для измерения малых напряжений выполняются по схеме рис.1.1, в. Эта схема применяется в милливольтметрах, поскольку обладает большой чувствительностью. Последнее связано с наличием дополнительного усилителя переменного тока, однако частотный диапазон схемы ниже (до сотен килогерц), так как возникают трудности при создании широкополосного усилителя. Элементная база, используемая при создании вольтметров переменного тока, определяется существующим на момент их создания уровнем техники, однако функциональное назначение блоков идентично. При этом особенно важную функцию несут преобразователи переменного напряжения в постоянное (детекторы). Детекторы можно классифицировать по функции преобразования входного напряжения в выходное: амплитудные (пиковые), среднего квадратического и средневыпрямленного значения. Тип детектора во многом определяет свойства прибора: вольтметры с амплитудными детекторами являются самыми высокочастотными; вольтметры с детекторами среднего квадратического значения позволяют измерять, напряжение любой формы; вольтметры средневыпрямленного значения измеряют только гармонические сигналы, но являются самыми простыми и надежными. Ниже приводятся некоторые простейшие структурные схемы детекторов. Амплитудный детектор — устройство, напряжение на выходе которого, т.е. на нагрузке, соответствует максимальному (амплитудному) значению измеряемого напряжения. Чтобы цепь нагрузки детектора эффективно отфильтровывала постоянную составляющую и подавляла паразитные высокочастотные гармоники, необходимо выполнение неравенства:   <где Сн — емкость фильтра; Rн — сопротивление нагрузки детектора. Еще одно условие эффективной работы детектора – сопротивление резистора Rн должно быть значительно больше сопротивления диода в его прямой проводимости, что практически всегда выполняется.На рис.1.2 изображены принципиальная и эквивалентная схемы и временные диаграммы амплитудного детектора с параллельным включением диода (детектор с закрытым входом). Рассмотрим работу детектора (рис. 1.2, а) при подаче на его вход гармонического напряжения Ux{t) = UmSinωt. На интервалах времени, когда на вход детектора поступает положительная полуволна, конденсатор С заряжается через диод, сопротивление R0 которого в открытом состоянии мало. Постоянная времени заряда  R0C невелика и заряд конденсатора до максимального значения Um происходит быстро. На интервале действия отрицательной полуволны диод закрыт и конденсатор С медленно разряжается на сопротивлении нагрузки Rн, так как оно выбирается достаточно большим (50… 100 МОм). Итак, постоянная разряда R0C оказывается значительно больше периода Т= 2 входного переменного напряжения. В результате конденсатор останется заряженным до напряжения, близкого к Uc= Um= Uвых. Упрощенная эквивалентная схема амплитудного детектора и временные диаграммы, поясняющие его работу, представлены на рис.1.1, б, в. в) Рис. 1.2 Детектор среднего квадратического значения: а – диодная ячейка, б – идеализированная характеристика, в – схема квадратичного детектора. Изменение напряжения на сопротивлении нагрузки Rн определяется разностью амплитуды входного напряжения Ux и напряжения на конденсаторе Uc т.е. ur = Ux – Uc . Таким образом, выходное напряжение ur будет пульсирующим с удвоенной амплитудой измеряемого напряжения, как это показано на рис. 1.2, в. Это подтверждают простые математические выкладки: U= UM sin ωt – Uc  Um sin ωt – Um,при sin ωt = 1 ur = 0; при sin ωt = 0 ur = -Um, при sin ωt = – 1 ur=- 2Um. Для выделения постоянной составляющей сигнала U= = – Uc на выходе детектора ставится емкостной фильтр, подавляющий остальные гармоники. Нетрудно заметить, что чем меньше период исследуемого сигнала (чем выше частота), тем точнее выполняется равенство Uc = Um. Этим объясняются высокочастотные свойства детектора. Одним из достоинств аналоговых вольтметров с амплитудным детектором является независимость показаний прибора от формы сигнала. Обычно шкала амплитудных вольтметров градуируется в средних квадратических значениях синусоидального напряжения, т.е. показания прибора: Uпр =- Um/Kа Детектор среднего квадратического значения — преобразователь переменного напряжения в постоянное, пропорциональное корню квадратному из среднего квадрата мгновенного значения напряжения. Значит, измерение действующего напряжения связано с выполнением трех последовательных операций: возведение в квадрат мгновенного значения сигнала, усреднение и извлечение корня из результата усреднения (последняя операция обычно осуществляется при градуировке шкалы вольтметра). Возведение в квадрат мгновенного значения, как правило, производят ячейкой с полупроводниковым элементом путем использования квадратичного участка его характеристики; иногда этот участок создается искусственно. 2. Электромеханические вольтметрыЭлектромеханические измерительные приборы относятся к приборам прямого преобразования, в которых электрическая измеряемая величина непосредственно преобразуется в показание отсчетного устройства. Таким образом, любой электромеханический прибор состоит из следующих главных частей: неподвижной, соединенной с корпусом прибора, и подвижной, механически или оптически связанной с отсчетным устройством4. Отсчетное устройство предназначено для наблюдения значений измеряемой величины. Оно состоит из шкалы и указателя, располагаемых на лицевой стороне прибора. Шкалой называется совокупность отметок (штрихов), расположенных в определенной последовательности, и проставленных у некоторых из них чисел отсчета, соответствующих ряду последовательных значений измеряемой величины. Шкалы могут быть равномерными и неравномерными (квадратичными, логарифмическими и др.). Расстояние между двумя соседними штрихами называется делением шкалы. Разность значений измеряемой величины, соответствующая двум соседним отметкам, называется ценой деления. Цена деления Ц равномерной шкалы равна конечному значению измеряемой величины на шкале Ак, деленному на число делений п: Ц = Aк / п. Цену деления обычно выбирают кратной погрешности прибора. Таким образом, по цене деления можно получить представление об абсолютной погрешности прибора. Шкала называется односторонней, если нулевая отметка помещена у ее начала, и двусторонней — при нуле посередине. Шкалу наносят на циферблат прибора; на нем же помещают название прибора и условные обозначения. Указатели делятся на стрелочные и оптические. Оптические указатели состоят из источника света, зеркальца, расположенного на подвижной части, и системы зеркал, удлиняющих путь луча света и направляющих его на полупрозрачную шкалу. Оптические указатели обеспечивают большую чувствительность прибора и меньшую погрешность отсчета по сравнению со стрелочными. Подвижная часть прибора снабжается осью или полуосями, которые оканчиваются запрессованными в них стальными кернами. Последние опираются на корундовые или рубиновые подпятники (рис. 2а). Трение керна о подпятник снижает чувствительность и точность прибора, поэтому подвижную часть устанавливают на растяжках (рис. 2б), а в чувствительных гальванометрах — на подвесе (рис. 2в). Растяжки и подвесы представляют собой тонкие упругие нити или ленты из платиново-серебряного сплава. Измеряемый ток поступает в подвижную часть прибора через эти нити или ленты; в приборе на подвесе вторым проводником является безмоментная лента. В особо чувствительных г  альванометрах безмоментная лента делается из золота толщиной 200—300 нм.1 — корпус; 2 — регулировочный винт; 3 — подпятник; 4 — керн; 5 - ось; 6 — растяжка; 7 — пружина; 8 — крепящий контактный винт; 9 - рамка; 10 — подвес; 11- зеркало; 12 - безмоментная лента. Рис. 2. Способы установки подвижной части прибора: а — на оси; б — на растяжках; в — на подвесе Электромеханический измерительный прибор содержит следующие узлы: узел, создающий вращающий момент; узел, создающий противодействующий момент; успокоитель. Электромеханические вольтметры имеют стрелку, которая закреплена на рамке с обмоткой. Рамка насаживается на ось с постоянным магнитом. При подаче напряжения создается электромагнитное поле. В результате его взаимодействия с полем постоянного магнита, рамка начинает отклоняться вместе со стрелкой, которая указывает шкалу Такие приборы могут иметь различную чувствительность, которая выражается коэффициентом пропорциональности между цифровым отображением угла на шкале и реальным напряжением. Для того чтобы предотвратить колебания стрелки на шкале, и снять точные показания применяется индукционный демпфер. Обычно его делают из алюминиевой пластины, которая также крепится на оси и передвигается вместе со стрелкой. Создаваемые электромагнитные завихрения контактируют с пластиной, подобно парусу и ветру. Это притормаживает колебания стрелки. Таюке бывает воздушный демпфер, который состоит из механизма из поршня и цилиндра. При колебаниях стрелки они придерживают ее, не допуская сильных скачков проводится обычное затормаживание поршнем, зафиксированным в цилиндре. Также внутри электромеханических вольтметров имеется система противовесов в виде грузиков, устанавливаемых на стрелку. Они не допускают ее отклонение под влиянием силы тяжести. Благодаря этому устройство дает точные показатели вне зависимости от угла наклона при проведении измерения. Подвижные части механизма вольтметра делают из твердой стали, которая не поддается истиранию. Все стержни полируются для снижения трения. При подключении таких приборов необходимо соблюдать полярность, поскольку при неправильном соединении стрелка будет пытаться повернуться в противоположную сторону, что не позволяет специальный стопор в корпусе. Лучшими показателями точности и чувствительности в сравнении с другими типами вольтметров обладают магнитоэлектрические вольтметры. Обычные люди с такими приборами не сталкиваются, поскольку они применяются, в основном, для лабораторных измерений. Электромагнитные вольтметры распространены значительно шире. Они просты и надежны в эксплуатации, недороги в изготовлении, но имеют два основных недостатка – высокое собственное энергопотребление (5-7 Вт) и высокую индуктивность обмоток, вследствие чего частота переменного напряжения оказывает значительное влияние на показания прибора. Вольтметры этого типа устанавливаются в распределительных щитках электростанций и производственных объектов. ЗаключениеЭлектромеханический вольтметр отличается от аналогового электронного тем, что: Электромеханический вольтметр (измерительная головка) — это обычный стрелочный вольтметр. Ток, протекающий по его обмотке, вызывает отклонение стрелки. Аналоговый электронный вольтметр на выходе имеет ту же стрелочную измерительную головку, но перед ней имеется электронная схема (усилитель постоянного тока). Благодаря наличию этой схемы электронный вольтметр по сравнению с электромеханическим а) имеет большее входное сопротивление и б) позволяет измерять более низкие значения напряжений, которые нельзя измерить электромеханическим вольтметром. Список использованной литературыhttps://podvi.ru/ https://studref.com/ https://pue8.ru/elektrotekhnik https://stroy-podskazka.ru/ https://lemzspb.ru/ https://scask.ru/ https://p-el.ru/ https://intellect.icu/ https://xreferat.com/ |