Радиоизмерения. Метрология и радиоизмерения
 Скачать 3.68 Mb.
|
|
Аналоговый измерительный прибор – средство измерения, показа- ния которого являются непрерывной функцией изменения измеряемой ве- личины. Аналоговые приборы делят на четыре основные группы, предна- значенные для различных измерительных целей. В первую входят приборы для измерения параметров и характери- стик сигналов (например, осциллографы, вольтметры, частотомеры, анали- заторы спектра и т. д.). Вторую группу образуют приборы для измерения параметров и характе- ристик активных и пассивных элементов электрических схем. Это – измерите- ли сопротивления, емкости, индуктивности, параметров микросхем, транзи- сторов, а также приборы для снятия частотных и переходных характеристик. Третья группа – измерительные генераторы, являющиеся источни- ками сигналов различной амплитуды, формы и частоты. В четвертую группу входят элементы измерительных схем: преобра- зователи, аттенюаторы, циркуляторы, фазовращатели, направленные от- ветвители и т. д. Раздел 1. Теоретические основы метрологии 50 Цифровым измерительным прибором (ЦИП) называется средство измерения, автоматически вырабатывающее дискретные сигналы измери- тельной информации, показания которого представлены в цифровой форме. ЦИП имеют перед аналоговыми ряд преимуществ: удобство и объективность отсчета измеряемых величин; высокая точность результатов измерения; широкий динамический диапазон при высокой разрешающей спо- собности; высокое быстродействие из-за отсутствия подвижных электроме- ханических элементов; возможность автоматизации процесса измерения; возможность использования новейших достижений микроэлектро- ники; высокая устойчивость к внешним механическим и климатическим воздействиям. По принципу действия измерительные приборы делят на ряд клас- сов, перечисленных ниже. Измерительные приборы прямого действия, в которых предусмот- рено одно или несколько преобразований сигнала измерительной инфор- мации в одном направлении, т. е. без применения цепей обратной связи; например, амперметры, вольтметры. Измерительные приборы сравнения, предназначенные для непо- средственного сравнения измеряемой величины с известной величиной; например, электроизмерительный потенциометр. Интегрирующие измерительные приборы, в которых подводимая величина интегрируется по времени или по другой независимой перемен- ной; например, электрический счетчик энергии. Суммирующие измерительные приборы, показания которых функ- ционально связаны с суммой двух или нескольких величин, подводимых к ним по разным каналам; например, ваттметр для измерения суммы мощ- ностей нескольких электрических генераторов. 1.12. Обобщённая классификация радиоизмерительных приборов. Система обозначений радиоизмерительных приборов Класс радиоизмерительных приборов (РИП) охватывает средства измерений разных видов – не только собственно измерительные приборы, но и меры, измерительные преобразователи, измерительные установки, различные вспомогательные устройства. Глава 1. Основы обеспечения единства измерений 51 В России (ранее в СССР) классификация и обозначения РИП тради- ционно регулировались ГОСТ 15094. С развитием измерительной техники этот документ неоднократно подвергался изменениям и дополнениям. Стандарт устанавливает иерархическую древовидную систему классифи- кации и обозначений: группа → подгруппа (первый элемент обозначения, прописная рус- ская буква) → вид (второй элемент, арабская цифра); далее в обозначении через дефис идет условный номер разработки внутри вида и, при необхо- димости, дополнительные элементы. РИП классифицируются по различным признакам: по характеру измеряемых величин делятся на подгруппы, по основной выполняемой функции – на виды, по совокупности технических характеристик и очередности разра- боток – на типы. В соответствии с ГОСТ 15094 РИП и меры электрических величин для них разделяются на 20 подгрупп, каждая из которых состоит из не- скольких видов, вид приборов содержит в себе несколько типов. Приборам подгруппы присваивается буквенное обозначение, напри- мер: А – прибор для измерения тока. Виду приборов присваивается бук- венно-цифровое обозначение, например: А2 – амперметры постоянного тока. Приборам каждого типа присваивается порядковый номер модели. Подгруппам приборов и видам присваиваются классификационные наименования. Полное наименование прибора состоит из наименования вида и дополнительных определяющих слов. Классификация предусматривает следующие подгруппы и виды при- боров. А – приборы для измерения силы тока: A1 – установки или приборы для поверки амперметров; А2 – амперметры постоянного тока; A3 – амперметры переменного тока; А7 – амперметры универсальные; А9 – преобразователи тока. Б – источники питания для измерений и радиоизмерительных приборов: Б2 – источники переменного тока; Б4 – источники калиброванного напряжения и тока; Б5 – источники постоянного тока; Б6 – источники с регулируемыми параметрами; Б7 – источники постоянного и переменного тока универсальные. В – приборы для измерения напряжения: Bl – установки или приборы для поверки вольтметров; В2 – вольтметры постоянного тока; Раздел 1. Теоретические основы метрологии 52 В3 – вольтметры переменного тока; В4 – вольтметры импульсного тока; В5 – вольтметры фазочувствительные (векторметры); В6 – вольтметры селективные; В7 – вольтметры универсальные, В8 – измерители отношения напряжений и (или) разности напря- жений; В9 – преобразователи напряжений. Г – генераторы измерительные: Г1 – установки для поверки измерительных генераторов; Г2 – генераторы шумовых сигналов; Г3 – генераторы сигналов низкочастотные; Г4 – генераторы сигналов высокочастотные; Г5 – генераторы импульсов; Г6 – генераторы сигналов специальной формы; Г8 – генераторы качающейся частоты (свип-генераторы). Д – аттенюаторы и приборы для измерения ослаблений: Д1 – установки или приборы для поверки аттенюаторов и приборов для измерения ослаблений; Д2 – аттенюаторы резисторные и емкостные; Д3 – аттенюаторы поляризационные; Д4 – аттенюаторы предельные; Д5 – аттенюаторы поглощающие; Д6 – аттенюаторы электрически управляемые; Д8 – измерители ослаблений. Е – приборы для измерения параметров компонентов и цепей с сосредо- точеными постоянными: El – меры, установки или приборы для поверки измерителей пара- метров компонентов и цепей; Е2 – измерители полных сопротивлений и (или) полных проводи- мостей; Е3 – измерители индуктивностей; Е4 – измерители добротности; Е6 – измерители сопротивлений; Е7 – измерители параметров универсальные; Е8 – измерители емкостей; Е9 – преобразователи параметров компонентов и цепей. К – комплексные измерительные установки: К2 – установки измерительные комплексные; К3 – установки измерительные комплексные автоматизированные; К4 – приборы (блоки) комплексных измерительных установок; Глава 1. Основы обеспечения единства измерений 53 К6 – приборы (блоки) комплексных автоматизированных измери- тельных установок. Л – приборы общего применения для измерения параметров электрон- ных ламп и полупроводниковых приборов: Л2 – измерители параметров (характеристик) полупроводниковых приборов; Л3 – измерители параметров (характеристик) электронных ламп; Л4 – измерители шумовых параметров полупроводниковых при- боров. М – приборы для измерения мощности: Ml – установки или приборы для поверки ваттметров; М2 – ваттметры проходящей мощности; М3 – ваттметры поглощаемой мощности; М5 – преобразователи приемные (головки) ваттметров. П – приборы для измерения напряженности поля и радиопомех: П1 – установки (приборы) для поверки приборов для измерения на- пряжённости поля и радиопомех; П2 – индикаторы поля; П3 – измерители напряженности поля; П4 – измерители радиопомех; П5 – приемники измерительные; П6 – антенны измерительные; П7 – измерители параметров антенн. Р – приборы для измерения параметров элементов и трактов с распреде- ленными постоянными: Р1 – линии измерительные; Р2 – измерители коэффициента стоячей волны; Р3 – измерители полных сопротивлений; Р4 – измерители комплексных коэффициентов передач; Р5 – измерители параметров линий передач; Р6 – измерители добротности; Р9 – преобразователи параметров. С – приборы для наблюдения, измерения и исследования формы сигнала и спектра: С1 – осциллографы универсальные; С2 – измерители коэффициента амплитудной модуляции (модуло- метры); С3 – измерители девиации частоты (девиометры); С4 – анализаторы спектра; С6 – измерители нелинейных искажений; С7 – осциллографы скоростные, стробоскопические; Раздел 1. Теоретические основы метрологии 54 С8 – осциллографы запоминающие; С9 – осциллографы специальные. У – усилители измерительные: У2 – усилители селективные; У3 – усилители высокочастотные; У4 – усилители низкочастотные; У5 – усилители напряжения постоянного тока; У7 – усилители универсальные. Ф – приборы для измерения разности фаз и группового времени запазды- вания: Ф1 – установки или приборы для поверки измерителей разности фаз и группового времени запаздывания; Ф2 – измерители разности фаз; Ф3 – фазовращатели измерительные; Ф4 – измерители группового времени запаздывания. Х – приборы для наблюдения и исследования характеристик радиоуст- ройств: XI – приборы для исследования амплитудно-частотных характери- стик; Х2 – приборы для исследования переходных характеристик; Х3 – приборы для исследования фазочастотных характеристик; Х4 – приборы для исследования амплитудных характеристик; Х5 – измерители коэффициента шума; Х6 – приборы для исследования корреляционных характеристик; Х8 – установки или приборы для поверки измерителей характери- стик радиоустройств. Ч – приборы для измерения частоты и времени: Ч1 – стандарты частоты и времени; Ч2 – частотомеры резонансные; Ч3 – частотомеры электронно-счетные; Ч4 – частотомеры гетеродинные, емкостные и мостовые; Ч5 – синхронизаторы частоты и преобразователи частоты сигнала; Ч6 – синтезаторы частот, делители и умножители частоты; Ч7 – приемники сигналов эталонных частот и сигналов времени, компараторы частотные (фазовые, временные) и синхронометры; Ч9 – преобразователи частоты. Ш – приборы для измерения электрических и магнитных свойств мате- риалов: Ш1 – измерители электрических и магнитных свойств материалов на низких частотах; Глава 1. Основы обеспечения единства измерений 55 Ш2 – измерители электрических и магнитных свойств материалов на высоких частотах. Э – измерительные устройства коаксиальных и волноводных трактов: Э1 – трансформаторы; Э2 – переходы, соединители; Э3 – переключатели; Э4 – модуляторы; Э5 – направленные ответвители, разветвители, датчики полных со- противлений; Э6 – вентили, циркуляторы; Э7 – головки детекторные, головки смесительные; Э8 – фильтры; Э9 – нагрузки. Я – блоки радиоизмерительных приборов: Я1 – блоки приборов для измерения силы тока и напряжения, пара- метров компонентов и цепей с сосредоточенными постоянными; Я2 – блоки измерителей параметров элементов и трактов с распреде- ленными постоянными; блоки приборов для измерения мощности; Я3 – блоки приборов для измерения частоты и времени; блоки изме- рителей разности фаз и группового времени запаздывания; Я4 – блоки приборов для наблюдения, измерения и исследования формы сигнала и спектра; Я5 – блоки измерителей характеристик радиоустройств и блоки при- боров для импульсных измерений; Я6 – блоки приборов для измерения напряженности поля и радиопо- мех и блоки усилителей измерительных; Я7 – блоки измерительных генераторов и приборов для измерения ослаблений; Я8 – блоки источников питания; Я9 – блоки преобразователей измерительных, блоки для индикации результатов измерений, блоки коммутации. Условное обозначение радиоизмерительного прибора состоит из обозначения вида, к которому он относится, и номера модели; перед номе- ром модели ставится дефис. В случае модернизации или усовершенствова- ния прибора в конце обозначения прибора добавляется буква А (при пер- вой модернизации), Б (при второй) и т. д. по порядку. После признака мо- дернизации указывается признак условий работы прибора, а после него – признак конструктивной модификации. Порядковый номер конструктив- ной модификации обозначается арабскими цифрами через дробь. Например, прибор В2-3БТ/2 является вольтметром постоянного тока, третьей модели, второй модернизации, предназначен для работы в услови- Раздел 1. Теоретические основы метрологии 56 ях тропического климата и относится ко второй конструкторской модифи- кации. Комбинированные приборы классифицируются по основной изме- ряемой или выдаваемой ими величине. Для их отличия после обозначения подгруппы ставится буква К. Например, вольтомметр ВК7-9 относится к подгруппе приборов для измерения напряжений. Обозначение блоков приборов состоит из признака вида с добавле- нием индекса, указывающего на выполняемые функции. Например, смен- ный блок предварительного усилителя осциллографов С1-15 и С1-17 обо- значается Я4С-44 (вид Я4 – это блоки приборов для наблюдения, измере- ния и исследования формы сигнала и спектра). По пределам допускаемой основной и дополнительной погрешно- стей, а также в зависимости от других свойств, влияющих на точность из- мерения, РИП подразделяются на классы. Классы точности оговариваются в ГОСТ и технических условиях на отдельные подгруппы приборов. По условиям эксплуатации в зависимости от рабочих и предельных климатических условий (диапазона температур и относительной влажности воздуха) РИП делятся на пять групп. 1. Приборы, предназначенные для использования в закрытых сухих отапливаемых помещениях и не испытывающие толчков и ударов при пе- ремещении с одного места на другое. 2. Приборы, предназначенные для использования в закрытых и отап- ливаемых помещениях, но испытывающие толчки и удары при перемеще- ниях с одного рабочего места на другое. 3. Приборы, предназначенные для работы в закрытых неотапливаемых помещениях и могущие подвергаться при перемещении с одного рабочего места на другое в нерабочем состоянии частым ударам и сотрясениям. 4. Приборы, предназначенные для работы на открытом воздухе или под легкими укрытиями, если этого требует сложная метеорологическая обстановка, подвергающиеся при частых перемещениях и перевозках в не- рабочем состоянии ударам и сотрясениям. 5. Приборы, предназначенные для работы на открытом воздухе в сложных метеорологических условиях без дополнительных укрытий и подвергающиеся при частых перемещениях и перевозках ударам и со- трясениям в нерабочем состоянии. По частотному диапазону измеряемых сигналов РИП делятся на низко- частотные и высокочастотные. По принципу действия РИП делятся на анало- говые и цифровые. У аналогового измерительного прибора показания являют- ся непрерывной функцией измеряемой величины. Цифровой измерительный прибор автоматически вырабатывает дискретные сигналы измерительной ин- формации, его показания представляются в цифровой форме. Глава 1. Основы обеспечения единства измерений 57 По методу измерения, положенного в основу работы прибора, РИП могут быть непосредственной оценки и сравнения. РИП непосредственной оценки обеспечивает одно или несколько преобразований сигнала измерительной информации в одном направлении, т. е. без применения обратной связи. Например, вольтметр. Измерительный прибор сравнения предназначен для непосредствен- ного сравнения измеряемой величины с величиной, значение которой из- вестно. Например, гетеродинный частотомер. По способу представления измерительной информации РИП могут быть показывающими и регистрирующими, У первого РИП допускается только отсчитывание показаний по отсчетному устройству, а у второго – предусмотрена регистрация показаний. Показывающие РИП в зависимости от способа отсчитывания показа- ний делятся на приборы с непосредственным и приборы с управляемым отсчетом. Примером прибора с непосредственным отсчетом является ом- метр, а прибора с регулируемым отсчетом – гетеродинный частотомер. По форме регистрации РИП делятся на самопишущие и печатаю- щие. У первых приборов предусмотрена регистрация показаний в форме диаграмм, а у вторых – печатание показаний в цифровой форме. По конструктивному выполнению РИП могут быть переносными, передвижными или стационарными. По другим признакам РИП могут быть: текущего значения, интегри- рующими, суммирующими. Интегрирующим называется РИП, в котором подводимая величина подвергается интегрированию по времени или другой независимой пере- менной (например, конденсаторный частотомер). Суммирующим называется РИП, показания которого функциональ- но связаны с суммой двух или нескольких величин, подводимых к нему по различным каналам. (Например, ваттметр для измерения суммы мощно- стей сигналов нескольких электрических генераторов.) РИП рассчитаны на питание от электрической сети с частотой 50 и 400 Гц. Допустимые пределы напряжения питания частотой 50 Гц – ±10 %. Допустимые пределы напряжения питания частотой 400 Гц – ±5 %. 1.13. Общие характеристики измерительных приборов Технические характеристики измерительных приборов (ИП), оказывающие влияние на результаты и погрешности измерений, на- зываются метрологическими характеристиками (МХ). От точности характеристик при изготовлении измерительных прибо- ров, стабильности их в процессе эксплуатации зависит точность результа- Раздел 1. Теоретические основы метрологии 58 тов измерений. К метрологическим характеристикам относятся: функции преобразования ИП, чувствительность измерительного прибора, цена де- ления шкалы аналогового ИП, порог чувствительности, диапазон измере- ний, вариация показаний, погрешность, надежность и т. д. |