4.3. Группы радиоизмерительных приборов.

По характеру измерений и виду измеряемых величин все радиотехнические измерительные приборы делятся на 20 групп, обозначаемых прописными буквами русского алфавита:

А – измерители силы тока, Б – источники питания для схем измерений и измерительных приборов, В – измерители напряжения, Г – генераторы измерительные, Д – измерители ослабления и аттенюаторы, Е – измерители параметров элементов с сосредоточенными постоянными, И – приборы для импульсных измерений, К – комплексные измерительные установки, Л – измерители параметров электронных ламп и полупроводниковых приборов, М – измерители мощности, П – измерители напряженности поля и радиопомех, Р – измерители параметров элементов и трактов с распределенными постоянными, С – приборы для наблюдения, измерения и исследования формы сигналов и их спектров, У – усилители измерительные, Ф – измерители фазовых сдвигов и группового времени запаздывания, Х – приборы для наблюдения и исследования характеристик электрических цепей и радиоустройств, Ч – измерители частоты, Ш – измерители электрических и магнитных свойств материалов, Э – измерительные устройства коаксиальных и волноводных трактов, Я – блоки радиоизмерительных приборов

4.4. Примеры измерений параметров электрических сигналов

Измерение напряжения

При данном виде измерений применяют схему с дополнительным резистором.

Осуществляется измерение в диапазоне частот 0-10⁹ Гц (при более высоких частотах напряжение перестает быть информативным параметром). Напряжение постоянного тока от долей милливольт до сотен вольт часто измеряют магнитоэлектрическими вольтметрами (класс точности до 0,05). Основной недостаток – низкое входное сопротивление, определяемое величиной добавочного сопротивления (десятки кОм).

От этого недостатка свободны электронные аналоговые вольтметры. Их выходное сопротивление составляет десятки кОм. Ими можно измерять напряжение от единиц мкВ до нескольких кВ. Основные источники погрешностей здесь: нестабильность элементов и собственные шумы электронных схем. Класс точности таких приборов – до 1,5. И магнитоэлектрическим и электронным вольтметрам присуща температурная погрешность, а также механические погрешности измерительного механизма и погрешности шкалы.

Точные измерения напряжения постоянного тока производятся методом замещения при помощи компенсаторов постоянного тока. Точность измерения при этом достигает 0,0005 %.

Среднеквадратическое (действующее) значение переменного тока измеряется электромагнитными (до 1-2 кГц), электродинамическими (до 2-3 кГц), ферродинамическими (до 1-2 кГц), электростатическими (до 10МГц) и термоэлектрическими (до 100 МГц) приборами. Отличие формы измеряемого напряжения от синусоидальной иногда может приводить к большим погрешностям.

Наиболее удобными в эксплуатации приборами являются цифровые вольтметры (ЦВ). Они могут измерять как постоянные, так и переменные напряжения. Класс точности – до 0,001, диапазон – от единиц микровольт до нескольких киловольт. Современные микропроцессорные ЦВ снабжены клавиатурой и часто позволяют производить измерения не только напряжения, но и тока, сопротивления и т. д., то есть являются многофункциональными измерительными приборами – тестерами (мультиметрами или авометрами).

Измерение тока

При данном виде измерений применяют схему с шунтированием.

В остальном, все сказанное применительно к измерению напряжения, справедливо и для измерений тока.

Измерение электрической мощности

Осуществляется в цепях постоянного и переменного тока при помощи электродинамических и ферродинамических ваттметров. Изменение пределов достигается коммутацией секций токовой катушки и подключением различных добавочных резисторов. Частотный диапазон: от 0 до 2-3 кГц. Класс точности: 0,1-0,5 для электродинамических и 1,5– 2,5 для ферромагнитных.

Мощность также может измеряться косвенно, при помощи амперметра и вольтметра с последующим перемножением результатов. На этом же принципе основано действие цифровых ваттметров.

Существуют модификации ваттметров для измерения мощности в трехфазных цепях.

Измерение электрической энергии

Осуществляется в основном индукционными измерительными приборами. В последние годы широкое распространение получили цифровые счетчики энергии, основанные на принципе амперметра-вольтметра с последующим интегрированием результата перемножения по времени.

Измерение параметров электрических цепей

Измерение сопротивлений

Сопротивление постоянному току измеряется как приборами непосредственной оценки – омметрами, так и мостами. Омметры чаще всего выполняют на основе магнитоэлектрического механизма. Диапазон измерений омметров: от десятитысячных долей ома до сотен мегом. Погрешность измерения омметров обычно от 1 до нескольких процентов, но резко возрастает на краях шкалы. Широкое распространение в последнее время получили цифровые многопредельные омметры, чаще всего входящие в состав универсальных цифровых измерительных приборов. Наиболее точно сопротивление можно измерить при помощи мостов постоянного тока.

Измерительные мосты

Одинарные мосты постоянного тока предназначены для измерения сопротивлений величиной от 10 Ом и более. Схема одинарного моста приведена на рисунке:

Диагональ, обозначенная на рисунке bd- называется диагональю питания. В нее включен источник питания (батарея) G. Диагональ ас называется измерительной диагональю. В нее включен указатель равновесия (гальванометр) Р. Условия равновесия моста: . В качестве практического примера приведены параметры моста Р-369. Диапазон измеряемых сопротивлений: 10^-4…1.11111*10¹⁰ Ом. Класс точности- 1 в диапазоне до 10^-3 Ом; при измерении сопротивлений от1 до 10³Ом класс точности - 0.005.

Для точных измерений сопротивлений малой величины применяют двойные мосты постоянного тока. Схема двойного моста представлена на рисунке:

В процессе измерения измеряемое сопротивление R_x сравнивается с образцовым сопротивлением R₀. Сопротивление неизвестного резистора в случае равновесия моста можно выразить следующим образом:

;

Двойные мосты позволяют измерять сопротивления в диапазоне

10^-8…1.11111*10¹⁰ Ом.

Мосты переменного тока применяются для измерения, как активных, так и реактивных сопротивлений (емкостных и индуктивных). В качестве элементов моста в этом случае могут использоваться реактивные элементы – емкости и индуктивности. Уравнения равновесия записываются по аналогии с мостами постоянного тока.

В последние годы для измерений параметров электрических цепей часто применяют автоматические мосты и компенсаторы, в которых процесс уравновешивания моста происходит автоматически (при помощи реверсивного двигателя или электронной схемы). Особенно актуально применение автоматических мостов в высокоточных цифровых измерительных устройствах

Измерение емкости и индуктивности

Производится в основном при помощи мостов переменного тока с частотами питания 100-1000 Гц. Чаще всего мосты для измерения сопротивления, емкости и индуктивности совмещаются в одном приборе – универсальном измерительном мосте. Такие приборы могут измерять индуктивность от долей микрогенри до тысяч генри, емкость – от сотых долей пикофарад до тысяч микрофарад. Погрешность универсальных мостов обычно не превышает сотых долей процента.