Московский государственный университет сервиса

поволжский технологичесий институт сервиса

Кафедра "Сервис бытовой РЭА"

Ю.Г.Тетенькин

Учебное пособие

по дисциплине "Метрология и радиоизмерения"

для студентов дневной и заочной форм обучения

специальности 2302.00 "Сервис бытовой РЭА"

Одобрено

учебно-методическим

советом института

Тольятти 2005

I. Метрологические основы измерений в радиотехнике 5

1. Понятие об измерениях. Терминология и определения 5

Классификация методов измерений 6

2. Единицы измерений 7

3. Особенности электрорадиоизмерений 8

II. Погрешности измерений 9

1. Классификация погрешностей 9

2. Погрешности электроизмерительных приборов 9

3. Случайные погрешности 11

Статистическая обработка результатов измерений 12

4. Суммирование погрешностей 14

III. Измерение тока и напряжения 15

1. Характеристики измеряемых величин. Методы измерения 15

2. Общие свойства электромеханических приборов 18

Приборы магнитоэлектрической системы 20

Приборы электромагнитной системы 22

Приборы электродинамической системы 23

Приборы электростатической системы 24

3. Измерение тока и напряжения в цепях постоянного тока и тока промышленной частоты 25

Измерения в цепях постоянного тока 25

Измерение напряжения и тока в цепях промышленной частоты 26

4. Измерение тока и напряжения приборами с преобразователями 26

Выпрямительные вольтметры 26

Термоэлектрические вольтметры 28

5. Электронные вольтметры 29

Группа В2- вольтметры для измерения постоянных напряжений 29

Группа В3- вольтметры для измерения переменного напряжения 30

Преобразователи электронных вольтметров 31

Средневыпрямленное значение 31

Среднеквадратическое значение 32

Амплитудное (пиковое) значение 34

Группа В4- импульсные вольтметры 35

6. Цифровые вольтметры 36

Цифровые вольтметры время - импульсного преобразования 38

Цифровые вольтметры двухтактного интегрирования 39

Цифровые вольтметры с частотным преобразованием 41

Цифровые вольтметры поразрядного уравновешивания 41

Цифровые вольтметры параллельного типа 43

IV. Измерительные генераторы 44

1. Классификация генераторов 44

2. Генераторы группы Г2 44

3. Генераторы группы Г3 45

Генераторы на биениях 46

4. Генераторы группы г4 47

5. Генераторы группы Г5 48

Понятие о синтезаторах частоты 49

50

V. Электронно-лучевые осциллографы 51

1. Классификация осциллографов 51

2. Структурная схема универсального осциллографа. Основные узлы 51

Виды разверток электронного осциллографа 53

53

Синхронизация разверток осциллографа 55

3. Многолучевые осциллографы 56

VI. Анализ спектра сигналов 57

1. Классификация анализаторов спектра 57

2. Анализаторы спектра параллельного действия 58

3. Анализаторы спектра с последовательным анализом 58

VII. Измерение нелинейных искажений 60

1. Гармонический метод измерения нелинейных искажений 60

2. Измерение нелинейных искажений по комбинационным частотам 61

3. Статистический метод измерения нелинейных искажений 62

VIII. Измерение частоты и интервалов времени 63

1. Метод сравнения 64

Осциллографический метод 64

Гетеродинный метод 65

2. Конденсаторные частотомеры 66

3. Резонансные частотомеры 67

4. Метод дискретного счета 67

Измерение частоты 67

Измерение периода 69

IX. Измерение фазового сдвига 71

1. Осциллографический метод 71

2. Компенсационный метод 73

3. Метод преобразования фазового сдвига в импульсы тока 74

4. Метод дискретного счета 75

5. Расширение частотного диапазона при измерении фазового сдвига 76

Список рекомендуемой литературы 77

1. Метрологические основы измерений в радиотехнике

1. Понятие об измерениях. Терминология и определения

Измерения – это познавательный процесс, заключающийся в сравнении опытным путём измеряемой величины с некоторым её значением принятым за единицу измерения. Этот процесс можно разбить на несколько этапов:

– воспроизведение единицы физической величины (метр, Герц, Ом и пр.);

– преобразование измеряемой величины (для величин у которых воспроизведение меры затруднительно, например, при измерении температуры возможны следующие преобразования: температура- сопротивление- напряжение);

– непосредственное сравнение измеряемой величины с единицей воспроизводимой меры;

– фиксация результата измерения в виде числа.

Электрорадиоизмерения, как и другие виды измерений, основаны на метрологии- науке об измерениях, средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. В РФ как и в других странах существует развитая метрологическая служба, которая решает основные задачи:

- испытание новых типов приборов,

- надзор за состоянием и правильным использованием измерительной техники в народном хозяйстве.

Основные термины и определения теории и практики измерений даны в ГОСТ 16263- 70 "Государственная система обеспечения единства измерений. Метрология. Термины и определения".

Метрологические характеристики средств измерений – это характеристики свойств средств измерений, оказывающие влияние на результаты и погрешности измерений. К нормируемым метрологическим характеристикам средств измерений относят погрешность прибора, пределы измерений, цену деления шкалы или единицы младшего разряда, входное сопротивление, рабочий диапазон частот и пр. Технические средства измерения, имеющие нормированные метрологические характеристики, называют средствами измерений.

В зависимости от назначения средства измерения делят на три разновидности:

1. Средства измерений, в виде тела или устройства, предназначенные для хранения и (или) воспроизведения физической величины данного размера, называются мерой (например, кварцевый генератор – мера частоты электрических колебаний, нормальный элемент- мера напряжения ).

2. Измерительный преобразователь – это средство измерений, вырабатывающее сигнал измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования или хранения, но неподдающейся непосредственному восприятию наблюдателем.

3. Измерительный прибор – это средство измерения, вырабатывающее сигнал измерительной информации в форме, доступной для непосредственного наблюдения оператором.

Из данных определений следует, что основное отличие измерительного прибора от измерительного преобразователя заключается в наличии устройства визуального отображения информации.

Следует различать два понятия "проверка " и "поверка" средств измерений. Первый термин обеспечивает оценку приборов с точки зрения их работоспособности (наличие выходных сигналов, возможности их регулировки, качество работы АРУ и т.д.), второй - позволяет оценить метрологические характеристики приборов и соответствие их сопроводительной технической документации ( класс точности, погрешности измерения, диапазон регулировки, входное сопротивление и пр.).

В зависимости от метрологических функций средства измерений можно разделить на эталоны, образцовые средства измерений и на рабочие средства измерения.

Эталоном физической величины называется средство измерений, обеспечивающее воспроизведение и хранение единицы с целью передачи её размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений и официально утверждённое в качестве эталона.

Различают: (первичный эталон, вторичный эталон, государственный эталон, эталон свидетель, эталон копия, рабочий эталон.).

Образцовые средства измерения – это средства измерения, служащие для поверки по ним других средств измерений и утверждённые в качестве образцовых.

Рабочие средства измерения– это средства измерения, не связанные с поверкой (передачей размера единиц). К ним относятся все приборы, используемые в повседневной практике.

Упрощенная поверочная схема представлена на рис.1.

Образцовые меры

Эталон-свидетель

Эталон-копия

Рабочий эталон

1го разряда

2го разряда

3го разряда

4го разряда

Первичный эталон

Вторичный эталон

Наивысшей точности

Высшей точности

Высокой точности

Средней точности

Низшей точности

Рабочие меры и приборы

Рис.1.

В результате практической работы встречаются со следующими видами измерений:

1. Прямые измерения, при которых искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных. Например, измерение напряжения или тока.

2. Косвенные измерения – это измерения, в которых измеряемая величина определяется как функция результатов других прямых измерений. Например, измерения коэффициента усиления, мощности, входного сопротивления, емкости.

3. Совокупные измерения – здесь измеряемая величина определяется при повторных измерениях различных сочетаний одной и той же физической величены с решением системы уравнений, составляемых по частным результатам измерений. Например, определение взаимоиндуктивности между катушками путем двукратного измерения их общей индуктивности.

4. Совместные измерения – это измерения нескольких неоднородных величин с целью определения зависимости между ними. Например, определение температурных коэффициентов терморезистора при предусматривает измерение сопротивления и температуры.

Следует отметить, что на практике наиболее часто встречаются первые два вида измерений.

Метод измерения - совокупность приемов использования принципов ( физических явлений, на которых основано данное измерение) и средств измерений.