Метрология и электрорадиоизмерения

Конспект лекций

Введение

Любые системы в процессе своего функционирования производят измерения, извлекая информацию из окружающей среды.

По определению информации, информацию несёт только новое событие, вероятность появления которого является неопределенной, то есть оно является случайным для системы. Отсюда следует, что информацию может нести лишь случайный процесс. Носителем информации является сигнал. Таким образом, определяя параметры сигнала, возможно, извлекать из него информацию. Анализируя с помощью математического аппарата параметры сигнала, возможно, определить характеристики процесса его породившего.

Информация в сигнале задается с помощью:

- силы тока и напряжения (значение сигнала, его амплитуда);

- частоты;

- фазы;

- спектральных характеристик;

- плотности вероятности;

- корреляционной функции.

§ 0. Термины, определения, классификации

Классификация измерительных приборов по типу измеряемой величины:

Аналоговый измерительный прибор является таковым, когда измеряемая им величина из разрешенного диапазона несчётного множества значений принимает любое значение.

Цифровой измерительный прибор является таковым, когда измеряемая им величина из разрешенного диапазона счётного множества значений принимает разрешенное значение.

Также прибор может быть дискретным, когда измеряемая им величина из разрешенного диапазона несчётного или счетного множества значений принимает любое или разрешенное значение в разрешенный момент времени.

Классификация измерительных приборов по назначению:

1. измерение параметров сигнала;

2. измерение параметров и характеристик устройств;

3. для наблюдения и исследования различных процессов (например,во времени и т.п. (осциллограф));

4. эталоны.

Существует специальный стандарт, в соответствии с которым приборы разделяют на группы. Каждой группе для идентификации присваивается буква(ы) русского алфавита и цифра(ы).

Приборы делятся на 21 группу. Название прибора может содержать как цифры, так и буквы. Первая позиция (1) в обозначении прибора - номер (буква) группы. Вторая позиция (2) - номер подгруппы в группе. Третья позиция (3) – номер разработки. Четвертая

позиция (4) говорит о модификации модели, но она может и отсутствовать.

Пример:

С 1 – 72 – Т

1 2 3 4

В – вольтметр. 1 – низкочастотный Т – тропическое

А – амперметр. исполнение.

Г – генератор. К - комбинированный

С – прибор для исследования прибор.

сигналов (осциллограф).

Я – измерительный блок.

Е - прибор для измерения элементов

с сосредоточенными параметрами

(ёмкостей, резисторов и т. д.)

Вторая позиция у разных групп приборов обозначает различные признаки, например, у осциллоскопов 1 это «низкочастотный», у измерительных генераторов «низкочастотный» это 3, а 1 это обозначение принадлежности прибора к классу стандарта частоты и т.д.

• А — приборы для измерения силы тока

• (Б) — источники питания для измерений и радиоизмерительных приборов

• В — приборы для измерения напряжения

• Г — генераторы измерительные

• Д — аттенюаторы и приборы для измерения ослаблений

• Е — приборы для измерения параметров компонентов и цепей с сосредоточенными постоянными

• И — приборы для импульсных измерений

• (К) — комплексные измерительные установки

• Л — приборы общего применения для измерения параметров электронных ламп и полупроводниковых приборов

• М — приборы для измерения мощности

• Н — меры и калибраторы

• П — приборы для измерения напряженности поля и радиопомех

• Р — приборы для измерения параметров элементов и трактов с распределенными постоянными

• С — приборы для наблюдения, измерения и исследования формы сигнала и спектра

• У — усилители измерительные

• Ф — приборы для измерения разности фаз и группового времени запаздывания

• Х — приборы для наблюдения и исследования характеристик радиоустройств

• Ц — анализаторы логических устройств

• Ч — приборы для измерения частоты и времени

• (Ш) — приборы для измерения электрических и магнитных свойств материалов

• (Э) — измерительные устройства коаксиальных и волноводных трактов

• Я — блоки радиоизмерительных приборов

Таким образом, регламентируется название любого прибора.

Классификация измерительных приборов по точности:

Точность – одна из важнейших характеристик измерительных приборов.

На точность измерений влияет систематическая ошибка (некомпенсированная систематическая ошибка) для измеряемой величины она является случайной величиной.

- случайная величина.

Случайная величина характеризуется следующими параметрами: математическим ожиданием , дисперсией (среднеквадратичным отклонением ), законом распределения.

В измерительной технике используется понятие относительной ошибки, приведенной к шкале: , где L – максимальное значение шкалы. γ — нормированная ошибка.

При многократном повторении измерений закон распределения ошибки стремится к нормальному закону распределения. Для аналоговых измерительных устройств чаще встречается нормальное распределение случайной величины.

В том случае если прибор является цифровым, то в силу принципа квантования у этого типа приборов существует интервал, в пределах которого ошибка равновероятна ( ). Этот интервал называется квантом (Δ), он определяется ценой младшего разряда АЦП прибора.

, где - интервал, в пределах которого ошибка равновероятна.

— относительная ошибка, приведенная к шкале прибора, где L – максимальное значение шкалы.

Отсюда следует что:

Но это значение не является точным, так как в цифровом приборе есть эталон, и эта ошибка зависит от нестабильности генератора.

Классификация измерительных приборов по способу измерения величин:

Приборы прямого и косвенного измерения классифицируются в зависимости от метода получения результата измерения.       Приборы прямого измерения дают результат, который получается непосредственно из опытных данных. Примеры прямых измерений: измерение тока амперметром, температуры термометром, массы на весах.       Приборы косвенного измерения дают результат измерения, при котором искомая величина непосредственно не определяется, а ее значение находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, полученными в результате прямых измерений. Например, мощность.       В зависимости от совокупности приемов использования принципов и средств измерений все методы делятся на методы непосредственной оценки и методы сравнения.

Влияние согласования измерительного прибора и источника информации.

Если прибор не согласован с источником – понижается точность снимаемой информации.

Измерительное устройство

Источник информации

Для согласования частот источника и измерителя используют фильтры, отсекающие часть частот сигнала и согласующие полосы пропускания источника и измерителя.