книги из ГПНТБ / Савенко, В. Г. Измерительная техника учеб. пособие

ная частота для мер затухания на резисторах не превыша­ ет сотен мегагерц.

Образцовые меры затухания рассчитываются и граду­ ируются по собственному затуханию а с, поэтому соотноше­

токами и мощностями на входе и выходе звена справедли-

вы только при согласованной нагрузке, т. е. когда к вход­ ным зажимам меры подключен резистор с активным со­ противлением, равным ее характеристическому сопротив­ лению.

М а г а з и н ы з а т у х а н и я представляют собой набор звеньев образцовых мер затухания, расположенных в од­ ном корпусе с переключающими устройствами. Магазины характеризуются номинальными пределами устанавлива­ емых затуханий, характеристическим сопротивлением, ос­ новной и дополнительными погрешностями, допустимым

30

напряжением на входе, симметрией схемы относительно земли. По способу переключения отдельных звеньев мага­ зины затуханий делятся на рычажные, ключевые и кнопоч­ ные. Обычно они осуществляются по декадному принципу, а количество звеньев в декаде определяется способом ком­ мутации.

Делители напряжения и аттенюаторы (ослабители) предназначаются для понижения напряжения (мощности) в определенное число раз. Эти приборы характеризуются

в котором сохраняется постоянство коэффициента деления, допустимой мощностью рассеяния и погрешностью. Прин­ цип построения и конструктивное решение делителей зави­ сят от частоты делимого напряжения. Выполняются они с постоянным или переменным коэффициентом деления. Градуировка делителей осуществляется либо в натураль­ ных числах (кратных 10), либо в логарифмическом мас­ штабе. Схемы их могут реализоваться как на резисторах,

коэффициент деления т приобретает различные значения на различных частотах.

Ступенчатый делитель напряжения на резисторах (рис. 1.14,6) при условии согласованной нагрузки сохраня­ ет постоянное значение выходного и входного сопротивле­

В ступенчатых делителях напряжения резисторы мо­ гут иметь небольшие значения сопротивлений (десятки ом), поэтому их можно осуществить с малыми реактивно-

31

стями. Параметры делителей с такими резисторами не за­ висят от частоты в диапазоне до 100 Мгц.

h

Рис. 1.14. Принципиальная схема делителя напряжения на резисторах

такого делителя не зависит от частоты до нескольких сотен

на величину т начинает существенно влиять паразитная индуктивность. Недостаток емкостных делителей напряже­ ния состоит в том, что их входные и выходные сопротивле­ ния изменяются с частотой. Поэтому использование их огра­ ничено.

Делители напряжения на резисторах и конденсаторах — компенсированные делители (рис. 1.16) имеют постоянный коэффициент деления в широком диапазоне частот. Это до­ стигается подбором конденсаторов Ci, Сі и сопротивлений резисторов Ru R2 такой величины, чтобы соблюдалось ра­ венство постоянных звеньев делителя ті = /?іС і= Т 2 = / ? 2 С2 . Кроме того, величины этих емкостей должны быть боль­ ше величин емкости нагрузки Сн и паразитных емкостей.

32

Деление (ослабление) мощности на частотах от 1000 Мгц — и выше осуществляется предельными, погло­ щающими и поляризационными аттенюаторами. В предель­ ном аттенюаторе ослабление происходит в результате за­ тухания энергии электромагнитного поля в волноводе; в по­ глощающем — нагреванием материала, помещенного в

электромагнитное поле, в поляризационном — за счет пог­ лощения одной из составляющих электрического поля при его расщеплении.

Предельный аттенюатор (рис. 1.17) представляет собой отрезок волновода, критическая длина волны АКр которого короче рабочей к. В таком волноводе происходит затухание электромагнитного поля по экспоненциальному закону.

Постоянная затухания

а это значит, что она зависит в любом волноводе, на любой частоте только от поперечных размеров волновода и типа колебаний, распространяющихся по нему.

Если элементы связи неподвижны, то величина вносимо­ го затухания постоянна; если один из элементов можно пе­ ремещать— затухание будет меняться.

Достоинством предельного аттенюатора является воз­

можность расчета вносимого им затухания по его геомет­ рическим размерам.

Поглощающие аттенюаторы по конструкции делятся на

коаксиальные и волноводные. В обоих случаях внутрь тракта передачи сверхвысокочастотной энергии вводится материал, обладающий свойствами поглощать энергию, на-

Соглйсующие

резисторы

Рис. 1.17. Предельный аттенюатор:

о — с взаимоиндуктивной связью; б — с взаимоемкостной

Рис. 1.18. Поглощающие аттенюаторы:

пример диэлектрики с большими потерями (бакелит, тек­ столит и др.) или проводники с большим объемным сопро­ тивлением в виде тонких пленок (нихром, порошкообраз­ ный графит и др.), нанесенных на высококачественный диэлектрик. Различные поглощающие аттенюаторы с пос­ тоянным и переменным затуханием приведены на рис. 1.18. Поглощающие элементы имеют для согласования срезы на краях.

Затухание таких аттенюаторов не поддается расчету, и поэтому они градуируются.

34

Поляризационный аттенюатор состоит из трех секций

(рис. 1.19). Первая и третья являются переходами от пря­ моугольного волновода к круглому и обратно, вторая — представляет собой отрезок круглого волновода, который можно поворачивать относительно продольной оси на неко­ торый угол ф. Во всех секциях в диаметральной плоскости, перпендикулярной составляющей электрического поля, по­ мещены поглощающие пластины.

Рис. 1.19. Поляризационный аттенюатор:

7—3 — переходы от прямоугольного волновода к круглому и обратно; 2 — отрезок круглого волновода

Вспомогательные устройства — различного рода приспо­ собления, входящие в комплект мер и измерительных при­ боров или прилагаемые к ним отдельно. Они имеют различ­ ное назначение и применяются для расширения пределов измерения, удобства производства измерений и т. д. При производстве измерений используются уровни, лупы, реос­ таты, симметрирующие трансформаторы, измерительные фильтры.

У р о в н и применяют для определения небольших угло­ вых отклонений как от горизонтали, так и от вертикали. С их помощью правильно устанавливают измерительные при­ боры и устройства при точных измерениях. Чаще всего уро­ вни изготавливают в виде стеклянной трубки . (ампулы), внутренняя поверхность которой изогнута по дуге опреде­ ленного радиуса (рис. 1.20, а). Ампулу заполняют жидким наполнителем (спирт, этиловый эфир, водный'раствор хло­ ристого лития) и оба конца запаивают. При этом внутри ампулы оставляют небольшое количество воздуха в виде пузырька, который стремится занять наивысшее положение. На верхней поверхности ампулы наносится шкала в виде штрихов. При строго горизонтальном положении ампулы пузырек воздуха занимает среднее положение относитель­ но шкалы, а при ее повороте на угол ф он переместится на

♦

некоторую величину L, которая зависит не только от угла наклона ф, но и от радиуса кривизны R ампулы: L — Яцімм,

уровень с цилиндрической ампулой, а на рис. 1.20, ѳ — с кру­ глой.

Рис. 1.20. Уровни:

а — принцип действия; б — установочный —•с цилиндрической ампулой; в — установочный — с круглой ампулой

Л у п ы являются простейшими оптическами приборами, применяемыми в измерительной технике. Изготавливают их в виде одной стеклянной линзы или из нескольких (трех, четырех) линз.

Р е о с т а т ы служат для создания нагрузки при исследо­ вании приборов и электрических цепей, а также для регу­ лирования напряжения, подводимого к измерительной схе­ ме или к отдельным ее участкам. Широко применяются про­ волочные реостаты, изготавливаемые из проволоки, навитой на основание из изолирующего материала. Материал для

36

\

ровки напряжения реостаты включаются по схеме потен­ циометра (рис. 1.21, б ) .

тельно земли электрическими цепями с симметричными или для получения высокой и стабильной симметрии отно­ сительно земли в измерительных цепях. Они отличаются тщательной экранировкой каждой обмотки, большим соп­ ротивлением изоляции между ними, специальной конструк­ цией вторичной обмотки и ее экранов, которые обеспечи­ вают высокую симметрию ее выводов относительно земли.

И з м е р и т е л ь н ы е ф и л ь т р ы используют для по­ давления нежелательных гармонических составляющих, а также для устранения напряжений сторонних э. д. с. и шу­ мов. В практике измерений применяются измерительные фильтры нижних и верхних частот, полосовые фильтры и резонансные. Часто такие фильтры выполняются с не­ сколькими полосами пропускания, изменяющимися ступе­ нями.

.%

§ 1.3. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРАХ

Классификация измерительных приборов

•При измерениях используются различные измеритель­ ные приборы, которые классифицируют по ряду признаков. Общей градацией является разделение их на приборы для измерения механических, электрических, магнитных, тепло-

37

Еых и других физических величин. Классификация по ро­ ду измеряемой величины (микрометры, угломеры, ампер­ метры, вольтметры, омметры, частотомеры и др.) указыва­ ет конкретно, какую физическую величину измеряет прибор. В зависимости от пределов измерения приборы могут иметь различные названия. Так, например, разновид­ ностями амперметров являются микроамперметр, милли­

величины в угловое или линейное перемещение подвижной части или в цифровой отсчет, nQ которым определяется значение этой величины.

Исходя из признака преобразования измеряемой вели­ чины, измерительные приборы можно разделить на прибо­ ры непосредственной оценки (показывающие) и приборы сравнения (компарирующие). В приборах непосредствен­ ной оценки (циферблатные весы, манометры, вольтметры и др.) эта величина непосредственно или через промежу­ точные преобразователи воздействует на отсчетное устрой­ ство, которое градируется заранее в единицах измерения.

В приборах сравнения (гиревые весы, компенсаторы, мосты) измеряемая величина сравнивается с мерой или величиной, которая создается вспомогательным устройст­ вом и имеет известное значение.

Приборы классифицируют по принципу действия, или использованию разнообразных физических явлений, на ко­ торых основана их работа. В основу этой классификации положена форма энергии. По принципу действия приборы могут быть: механическими, оптико-механическими, элек­ тромеханическими, электротепловыми, электронно-кинети­ ческими, электрохимическими и т. д. Принцип действия или система прибора определяет способ преобразования измеряемой величины в визуальное наблюдение. При из­ мерении длин и углов чаще всего встречаются рычажно­ механические, пневматические и оптико-механические пре­ образующие устройства. При измерении различных элек­ трических величин в приборах используется энергия электромагнитного поля, тепловое или химическое дейст­ вие электрического тока. Поэтому при измерении силы тока, напряжения, сопротивления, частоты, мощности и т. д. применяют термоэлектрические, электронные, магнито­ электрические, электромагнитные, электродинамические и другие системы приборов.

38

! Приборы, непрерывно измеряющие или регистрирую­ щие во времени измеряемую величину, называют прибо­ рами непрерывного действия или аналоговыми приборами. Приборы, осуществляющие измерение мгновенных значе­ ний через определенные промежутки времени, называют приборами дискретного действия (цифровые).

По точности измерений приборы делятся на классы точности (см. гл. 2). Дальнейшее деление приборов по функ­ циональным и конструктивным признакам позволяет клас­ сифицировать приборы по технической сущности и оформ­ лению. Так, например, по характеру применения приборы бывают стационарные (с жестким креплением на месте установки) и переносные (без жесткого крепления); по спо­ собу защиты от воздействия окружающей среды и испол­ нения корпуса — обыкновенные, брызгонепроницаемые, пы­ ленепроницаемые, взрывобезопасные, герметические и т. д.

Устройство приборов и принцип их работы

Показывающий измерительный прибор является таким устройством, положение подвижной части которого опре­ деляется значением измеряемой величины. Перемещение его подвижной части происходит под воздействием соот­ ветствующих механических сил с затратой некоторой рабо­ ты на преодоление трения и изменения запаса потенци­ альной энергии в механической части измерительной сис­ темы.

Показывающий измерительный прибор содержит один или несколько измерительных преобразователей, с помощью которых измеряемая величина преобразуется в величину, удобную для измерения измерительным . механизмом.

У приборов, предназначенных для измерения длин и уг­ лов, линейные или угловые перемещения с помощью различных устройств преобразуются в угловые или линей­ ные в отсчетном устройстве. При этом в приборах стара­ ются создать большие передаточные отношения, позволя­ ющие преобразовывать малые механические перемещения, в значительные перемещения в отсчетных устройствах.

При измерении линейных и угловых перемещений изме­ рительными преобразователями служат механические, опtH4ecKHe, пневматические, гидравлические и электрические передаточные устройства.

У электромеханических приборов, предназначенных для измерения различных электрических величин, измеритель­

39