Лабораторная работа № 1.

Радиотехнические измерения

1. Цель работы

Изучить основные методы радиотехнических измерений. Получить навыки измерений основных величин, используемых в радиоэлектронной аппаратуре (РЭА).

2. Теоретические основы

Измерить физическую величину значит экспериментально найти ее значение путем сравнения с аналогичной, принятой за единицу.

2.1. Измерительные приборы

Прямые измерения физических величин (ФВ) представляют собой количественное сравнение данной величины с мерой этой величины (эталоном). Косвенные измерения - это нахождение значений физической величины (ФВ) по результатам прямых измерений других ФВ, входящих в расчетные соотношения. В любом случае проводится эксперимент, где проявляется свойство тела, которое характеризует данная ФВ, и используются специальные технические средства (средства измерений, измерительные приборы). Следует отметить, что любое измерение проводится с использованием модели процесса, в которой предполагается выполнение определенных принципов и постулатов. Сравнение с эталоном производится в аналоговом или цифровом измерительном приборе (ИП). Структурная схема аналогового измерительного прибора показана на рис.1.

Рис. 1

Входное устройство защищает ИП от перегрузки, снижает помехи, масштабирует с коэффициентом n и передает сигнал в измерительный преобразователь. Здесь ФВ nX(t) преобразуется с помощью определенного физического явления в другую физическую величину Y(t), удобную для измерения с помощью измерительного устройства. Измерительное устройство, также по известному закону, преобразует ФВ Y(t) в величину Z(t), удобную для визуализации. И, наконец, отсчетное устройство передает информацию оператору. Все физические величины, используемые в процессе измерения, связаны функциональными зависимостями, поэтому несут одну и ту же информацию. В этом смысле они аналогичны, поэтому такие ИП называются аналоговыми.

Структурная схема цифрового ИУ (ЦИУ) показана на рис. 2. Назначение входного устройства то же, что и для аналогового ИУ. На этом сходство кончается. Физическая величина nX(t) преобразуется с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП) в код (как правило, двоичный), однозначно соответствующий ФВ.

Рис. 2

Этот код преобразуется в логической схеме по определенной программе и результат выдается для визуализации на цифровой индикатор или для дальнейшей обработки в ЭВМ. ЦИУ позволяют реализовать различные сервисные процедуры. Основное преимущество ЦИУ заключается в том, что обработка информации в логической схеме может производиться по любым алгоритмам. Например, можно автоматизировать выбор пределов измерения, введя обратную связь с логической схемы на входное устройство (рис. 2), проводить статистическую обработку данных, передавать результаты на большие расстояния. Важно, что после оцифровки сигнала все преобразования происходят практически без потерь информации, в отличие от аналогового ИП.

2.2 Измерение силы тока и напряжения

Сила тока (I) является основной физической величиной в системе МКСА (СИ) и имеет первичный эталон.

Все амперметры по способу преобразования делятся на электромеханические, электротепловые, электронные и электронно-лучевые. В аналоговых электромеханических амперметрах применяются в основном измерительные преобразователи, использующие магнитное поле тока. Ток создает магнитное поле Н, которое взаимодействует с другим магнитным полем, появляется сила F, которая создает вращающий момент М, который поворачивает подпружиненный измерительный механизм на угол , перемещающий, в свою очередь, стрелку по шкале. Существуют магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические и другие измерительные преобразователи.

В магнитоэлектрических амперметрах вращающий момент возникает в результате взаимодействия магнитного поля постоянного магнита с полем контура (рамки), по которому протекает измеряемый ток. Цепочка аналоговых превращений выглядит так: