Профессор В. Н. МИЗГАЙЛОВ МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦ ИЯ И

Скачать презентацию Профессор В. Н. МИЗГАЙЛОВ МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦ ИЯ И Скачать презентацию Профессор В. Н. МИЗГАЙЛОВ МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦ ИЯ И

metrologiya,_metody_i_pribory_dlya_elektricheskih_izmerereniy.ppt

  • Размер: 39.7 Мб
  • Автор: Саша Микуцевич
  • Количество слайдов: 1651

Описание презентации Профессор В. Н. МИЗГАЙЛОВ МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦ ИЯ И по слайдам

Профессор В. Н. МИЗГАЙЛОВ МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦ ИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ В ЭЛЕКТРОНИКЕ СЛАЙД-КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ ГГТУПрофессор В. Н. МИЗГАЙЛОВ МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦ ИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ В ЭЛЕКТРОНИКЕ СЛАЙД-КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ ГГТУ им. П. О. СУХОГО Гомель –

  Основная и дополнительная литература по дисциплине   1. К. Б. Классен. Основная и дополнительная литература по дисциплине 1. К. Б. Классен. Основы измерений. Электронные методы и приборы в измерительной технике. Москва: Постмаркет, 2000. -352 с. 2. Метрология и электро-радиоизмерения в телекоммуникационных системах: учебник для вузов/ В. И. Нефедов, В. И. Хахин, Е. В. Федорова и др. ; Под ред. В. И. Нефедова. — М. : Высш. шк. , 2001. -383 с. : ил. 3 3. Д. Ф. Тартаковский, А. С. Ястребов. Метрология, стандартизация и технические средства измерений: Учеб. для вузов. -М. : Высш. шк. , 2001. — 205 с. : ил.

 4.  Г. Г. Раннев, А. П. Тарасенко. Методы и средства измерений: Учебник 4. Г. Г. Раннев, А. П. Тарасенко. Методы и средства измерений: Учебник для вузов. — М. : Издательский центр «Академия» , 2003. – 336 с. 5. Г. Г. Раннев, А. П. Тарасенко. Методы и средства измерений физических величин. — М. : Изд-во МГОУ, 2001. 6. Информационно-измерительная техника и технологии/ В. И. Калашников, С. Ф. Нефедов, и др. ; Под ред. Г. Г. Раннева. -М. ; Высш. Шк. ,

  7. Метрология и электрорадиоизмерения в   телекоммуникационных системах/ Под редакцией д-ра 7. Метрология и электрорадиоизмерения в телекоммуникационных системах/ Под редакцией д-ра техн. наук, профессора В. И. Нефедова/-М. : Высш. шк. , 2005 8. Электрические измерения/Под ред. Малиновского/- М. : Высш. шк. , 1985. 9. Методы электрических измерений: учебное пособие для вузов/ Л. Г. Журавин и др. ; под ред. Цветкова Э. И. — Л. : Энергоатомиздат. Ленинградское отделение, 1990.

ЛИТЕРАТУРА ПО МЕТРОЛОГИЧЕСКОЙ ТЕРМИНОЛОГИИ ЛИТЕРАТУРА ПО МЕТРОЛОГИЧЕСКОЙ ТЕРМИНОЛОГИИ

ВВЕДЕНИЕ   Прогресс общества прямо определяется уровнем развития точных наук, предметом которых являетсяВВЕДЕНИЕ Прогресс общества прямо определяется уровнем развития точных наук, предметом которых является установление объективных закономерностей материального мира и выражение их в количественной форме с определенной достоверностью. .

   В качестве единственно возможного способа достижения данных целей выступает измерительный эксперимент В качестве единственно возможного способа достижения данных целей выступает измерительный эксперимент

       В каждой области человеческой деятельности (науке, технике, В каждой области человеческой деятельности (науке, технике, промышленности, медицине, быту и т. п. ) используются свои методы и средства измерений конкретных физических величин. Но в современной практике, как правило, в основе этих подходов лежат электрические измерения.

   Электрические измерения электрических и неэлектрических величин. . Сегодня понятие электрические измерения Электрические измерения электрических и неэлектрических величин. . Сегодня понятие электрические измерения толкуется более широко, чем столетие назад и распространяется на методы и средства измерения не только электрических величин.

   Все физические величины можно подразделить неэлектрические (например,  механические, тепловые, Все физические величины можно подразделить неэлектрические (например, механические, тепловые, химические) и электрические (например, ток, напряжение, сопротивление электрическая емкость).

  Неэлектрических физических величин значительно больше,  однако значительную их часть можно и Неэлектрических физических величин значительно больше, однако значительную их часть можно и целесообразно измерять методами и средствам электрических измерений (рис. В. I )

   Для реализации этого подхода используют разнообразные первичные измерительные преобразователи (датчики) неэлектрических Для реализации этого подхода используют разнообразные первичные измерительные преобразователи (датчики) неэлектрических величин в пропорциональный электрический сигнал.

 Например, термоэлектрический преобразователь (термопара) преобразует изменение температуры в пропорциональное изменение термо. ЭДС, которая Например, термоэлектрический преобразователь (термопара) преобразует изменение температуры в пропорциональное изменение термо. ЭДС, которая затем измеряется, например, милливольтметром.

   Сегодня широко распространены различные измерители неэлектрических величин, основанные на электрических методах Сегодня широко распространены различные измерители неэлектрических величин, основанные на электрических методах преобразования информации: термометры, расходомеры, газоанализаторы, тахометры, измерители массы, перемещения, скорости движения и ускорения……

    В практике различных исследований активно используются измерители параметров электрических цепей В практике различных исследований активно используются измерители параметров электрических цепей и процессов, регистраторы и анализаторы параметров электропотребления

   Электрические измерения в современной измерительной технике занимают важное место.  Причина Электрические измерения в современной измерительной технике занимают важное место. Причина широкого распространения электрических измерений — простота и удобство получения, преобразования, передачи и хранения информации, представленной в электрической форме.

  Подавляющее большинство современных средств измерений основано на принципах электрических измерений. Подавляющее большинство современных средств измерений основано на принципах электрических измерений.

  Электрические методы и средства измерения электрических и неэлектрических величия играют ведущую роль Электрические методы и средства измерения электрических и неэлектрических величия играют ведущую роль в деле получения первичной информации об окружающем нас мире, о различных технологических объектах и процессах.

  Исторический аспект. .    Уровень развития современной науки не позволяет Исторический аспект. . Уровень развития современной науки не позволяет однозначно ответить на вопросы: когда сформировалась планета Земля и когда на ней появился человек. По разным данным возраст нашей планеты — от одного до десяти миллиардов лет.

  Считается, что человек как разумное существо ( Homo sapiens ) ) живет Считается, что человек как разумное существо ( Homo sapiens ) ) живет на Земле 1. . . 10 млн лет. В течение многих веков существования человечество прошло несколько основных этапов своего развития, причем это развитие происходило очень неравномерно.

Неравномерность развития человечества в логарифмическом масштабе Годы (логарифмическая шкала) Неравномерность развития человечества в логарифмическом масштабе Годы (логарифмическая шкала)

   Считается, что этот процесс напоминает экспоненту с каждым новым тысячелетием, веком, Считается, что этот процесс напоминает экспоненту с каждым новым тысячелетием, веком, десятилетием человечество прогрессирует все стремительнее. Известно, что объем научных знаний, объем накопленной информации в мире каждые десять лет удваивается.

   Если взять за основу даже самый скромный возраст человечества - один Если взять за основу даже самый скромный возраст человечества — один миллион лет — и представить его линейным отрезком длиной один метр, то всего лишь несколько последних миллиметров (во времени — тысячелетий) будут соответствовать активному культурному, научному и техническому развитию.

   В течение этих четырех-пяти тысячелетий в основном сформировался человек культурный. . В течение этих четырех-пяти тысячелетий в основном сформировался человек культурный. . Эти несколько миллиметров вместили в себя рождение и развитие философии, искусств и религий разных народов; многочисленные войны и революции; величайшие научные открытия и изобретения (создание египетских пирамид, изобретение колеса, шахмат, пороха, письменности и др. ).

  Несколько последних веков (доли последнего миллиметра) особенно интересны для рассмотрения, поскольку именно Несколько последних веков (доли последнего миллиметра) особенно интересны для рассмотрения, поскольку именно на этом интервале времени произошли важнейшие изменения в науке, технике и промышленности, связанные с изучением и применением электричества.

   В эти годы зарождаются и затем получают широкое распространение электротехника и В эти годы зарождаются и затем получают широкое распространение электротехника и электроизмерительная техника. На этом этапе исторического развития сформировался человек электротехнический.

   Проявления электричества и магнетизма в природе были известны издавна.  Проявления электричества и магнетизма в природе были известны издавна. Человек, конечно, замечал атмосферные электрические разряды — молнии; наблюдал эффекты электрических зарядов в животном мире; отмечал, что трением можно изменять свойства некоторых предметов так, что они станут притягивать другие; иногда находил естественные магниты, которые притягивали железо.

  Однако серьезное изучение и практическое использование электрических и магнитных явлений началось сравнительно Однако серьезное изучение и практическое использование электрических и магнитных явлений началось сравнительно недавно — несколько десятилетий тому назад.

   ХХ VIII в. может быть назван веком начала активного интереса исследователей ХХ VIII в. может быть назван веком начала активного интереса исследователей многих стран к различным проявлениям электричества и магнетизма и, как следствие, веком бурного развития необходимых для их изучения методов и средств измерений.

  Один из выдающихся деятелей русской науки М. В. Ломоносов считается основоположником изучения Один из выдающихся деятелей русской науки М. В. Ломоносов считается основоположником изучения электрических явлений в России, автором первой теории электричества. Электрические измерения берут свое начало с середины Х VV III в. Российский академик Г. В. Рихман и и его коллега М. В. Ломоносов были пионерами электрических измерений.

  В 40 -х гг. Х VV III в. в результате исследований в В 40 -х гг. Х VV III в. в результате исследований в области атмосферного электричества они создали первые в мире электроизмерительные приборы, которые давали количественную оценку электрической величины — заряда атмосферного электричества. Эти приборы напоминали сегодняшние школьные электроскопы, но имели отсчетное устройство — шкалу и указатель (подвижный электрод — стрелку).

  «Указатель електрической силы» , 29. 03. 1745 г.   1 -льняная «Указатель електрической силы» , 29. 03. 1745 г. 1 -льняная нить; 2 -металл. линейка; 3 -деревянный квадрант(шкала)

   С середины Х VIII до конца ХIХ в. были сделаны основные С середины Х VIII до конца ХIХ в. были сделаны основные открытия и конкретные разработки в деле изучения и практического применения электричества и магнетизма, заложены основы будущих электротехники и электрических измерений. В конце Х VIII — начале Х II Х в. учеными разных стран были выполнены обстоятельные исследования и многочисленные эксперименты.

 Работы английского физика Д. П. Джоуля,  французского инженера Ш. О. Кулона , Работы английского физика Д. П. Джоуля, французского инженера Ш. О. Кулона , , итальянского профессора Л. Гальвани , , английского ученого М. Фарадея позволили понять возможности и основные закономерности взаимодействия электричества и магнетизма. Первый источник непрерывного электрического тока ( «Вольтов столб» ) был создан профессором физики итальянцем А. Вольта

   Французский ученый А. М. Ампер  ввел в практику исследований термин Французский ученый А. М. Ампер ввел в практику исследований термин «электрический ток» и понятие «направление электрического тока» . Немецким физиком Г. С. Омом в в первой трети ХIХ в. были экспериментально доказаны и теоретически обоснованы основные закономерности электрической цепи и зависимость напряжения от тока в цепи и ее сопротивления.

   Профессор Берлинского университета  Г. Р. Кирхгоф в 1845 г. сформулировал Профессор Берлинского университета Г. Р. Кирхгоф в 1845 г. сформулировал основные законы для разветвленных электрических цепей. Неоценимый вклад в мировую науку об электричестве и магнетизме, электротехнику, становление электрических измерений внесли российские ученые.

    Академик Э. Х. Ленц сделал ряд основополагающих открытий в области Академик Э. Х. Ленц сделал ряд основополагающих открытий в области электротехники (явление электромагнитной индукции, принцип обратимости электрических машин, эффект теплового проявления текущего через проводник тока и др. ).

       Теоретические и экспериментальные исследования закономерностей электрических разрядов, Теоретические и экспериментальные исследования закономерностей электрических разрядов, выполненные профессором физики академиком В. В. Петровым, позволили впервые показать и доказать возможность практического применения электричества для освещения, а также для плавки и сварки металлов.

 Вторая половина ХIХ в. ознаменована растущим интересом к промышленному использованию электрической энергии, который Вторая половина ХIХ в. ознаменована растущим интересом к промышленному использованию электрической энергии, который привел к необходимости всерьез развивать методы и средства электрических измерений. .

    В это время известным русским электротехником   М. О. В это время известным русским электротехником М. О. Доливо-Добровольским были разработаны и изготовлены измерительные приборы электромагнитной, электродинамической и индукционной систем , т. е. был заложен фундамент для создания основных, наиболее массовых сегодня, типов электромеханических амперметров, вольтметров, ваттметров, фазометров.

Доливо-Добровольски й Михаил Осипович 1862 -1919 гг. Доливо-Добровольски й Михаил Осипович 1862 -1919 гг.

Фазометр М. О. Доливо- Добровольского 1 -диск металл. 2 -катушка с током.  3Фазометр М. О. Доливо- Добровольского 1 -диск металл. 2 -катушка с током. 3 — катушка «напряжения»

    Работы выдающегося физика А. Г.  Столетова в области магнитных Работы выдающегося физика А. Г. Столетова в области магнитных измерений, академика Б. С. Якоби (иностранца, отдавшего российской науке почти сорок лет жизни) в области измерения сопротивления электрических цепей обеспечили дальнейшее развитие этого направления. В течение Х VV III в. в основном сформировалось направление электромеханических измерительных приборов для статических измерений.

 В ХIХ в. появляются первые средства динамических измерений — самопишущие приборы.  В ХIХ в. появляются первые средства динамических измерений — самопишущие приборы. С изобретением электронной вакуумной лампы и электронно-лучевой трубки (конец ХIХ — начало ХХ в. ) начинается развитие электронной техники. Разрабатываются первые электронно-лучевые осциллографы, ставшие основным инструментом динамических измерений для многих исследователей на долгие годы.

    Бурное развитие электроизмерительной техники объективно и неизбежно привело к необходимости Бурное развитие электроизмерительной техники объективно и неизбежно привело к необходимости разработки метрологических основ этого направления, обеспечения единства электрических измерений.

  До конца ХIХ в. в разных странах мира и разных областях деятельности До конца ХIХ в. в разных странах мира и разных областях деятельности человека использовалось множество различных единиц для оценки одних и тех же физических величин: версты, мили, сажени, разнообразные футы, ярды, аршины; многочисленные фунты, меры, унции, золотники; градусы Фаренгейта, Реомюра и Цельсия и т. п.

 В Европе в конце Х VV III в.  использовались несколько десятков различных В Европе в конце Х VV III в. использовались несколько десятков различных по размеру футов (единиц длины), десятки различных миль, более сотни различных фунтов (единиц массы). Кроме того, не было единообразия в дольных и кратных единицах.

  Аналогичная ситуация сложилась и в молодой тогда электроизмерительной технике.   Трудно Аналогичная ситуация сложилась и в молодой тогда электроизмерительной технике. Трудно представить себе, что еще сравнительно недавно, в 1880 г. , в мировой практике электрических измерений применялись пять разных единиц электрического тока, восемь единиц электродвижущей силы (ЭДС) и напряжения, а единиц электрического сопротивления — пятнадцать.

  Все это было серьезным препятствием для взаимопонимания между исследователями разных стран и Все это было серьезным препятствием для взаимопонимания между исследователями разных стран и направлений науки, техники, промышленности; являлось помехой нормальному развитию электротехники и электроизмерительной техники.

 Требовалось срочно переходить к единой системе единиц электрических величин, что и было сделано Требовалось срочно переходить к единой системе единиц электрических величин, что и было сделано в 1881 г. на состоявшемся в Париже Первом Международном конгрессе по электричеству

   На рубеже ХIХ и ХХ вв. усилиями выдающегося русского ученого, На рубеже ХIХ и ХХ вв. усилиями выдающегося русского ученого, основоположника отечественной метрологии д. И. Менделеева при Главной палате мер и весов в Санкт-Петербурге было создано отделение для поверки электроизмерительных приборов.

  Это событие положило начало обстоятельному развитию стандартизации и метрологии электрических измерений в Это событие положило начало обстоятельному развитию стандартизации и метрологии электрических измерений в России. Уже в самом начале ХХ в. российские ученые и инженеры приступили к созданию первых эталонов ома и вольта.

   Еще в конце ХIХ в. появились первые электронные вакуумные устройства — Еще в конце ХIХ в. появились первые электронные вакуумные устройства — лампы. В 1897 г. в России М. А. Шателен изобрел электронно-лучевую трубку, что позволило создать электронно-лучевой осциллограф. В те же годы М. А. Шателеном было написано первое учебное пособие по электрическим измерениям.

   Первая интегральная схема (микросхема) появилась в 1961 г. В 1971 г. Первая интегральная схема (микросхема) появилась в 1961 г. В 1971 г. был разработан первый микропроцессор — большая интегральная схема с программируемыми функциями. Микропроцессор является фундаментом современной вычислительной и измерительной техники, основой множества электронных систем, систем управления и бытовой техники.

 Микропроцессоры сильно изменили возможности измерительной аппаратуры,  сделали ее «интеллектуальной» .  Микропроцессоры сильно изменили возможности измерительной аппаратуры, сделали ее «интеллектуальной» . В 80 -х гг. ХХ в. появляются и быстро распространяются по всему миру персональные компьютеры, ставшие важным элементом различных высокопроизводительных автоматизированных информационно-измерительных устройств, комплексов, систем, а также систем управления.

  Вторая половина ХХ в.  ознаменована стремительным развитием цифровых,  микропроцессорных, Вторая половина ХХ в. ознаменована стремительным развитием цифровых, микропроцессорных, компьютерных средств измерений, активным применением компьютерных технологий, разнообразных алгоритмов преобразования и представления измерительной информации.

 Тенденции развития электроизмерительной техники. . Прогресс электроизмерительной техники сегодня, с одной стороны, определяется Тенденции развития электроизмерительной техники. . Прогресс электроизмерительной техники сегодня, с одной стороны, определяется постоянно растущими требованиями к функциональным возможностям, метрологическим и эксплуатационным характеристикам средств измерений, а с другой стороны, обеспечивается серьезными достижениями в области микроэлектроники, вычислительной техники, прикладной математики, цифрового анализа сигналов, метрологии.

  Основная тенденция развития электроизмерительной техники — дальнейшее совершенствование метрологических характеристик (как статических, Основная тенденция развития электроизмерительной техники — дальнейшее совершенствование метрологических характеристик (как статических, так и динамических) средств измерений.

  Всегда актуальны в задачах      измерений: повышение точности, Всегда актуальны в задачах измерений: повышение точности, чувствительности, разрешающей способности; расширение диапазонов возможного изменения измеряемых величин; увеличение степени подавления помех; повышение быстродействия средств измерений.

 В современной измерительной технике все чаще применяются методы автоматической компенсации систематических погрешностей и В современной измерительной технике все чаще применяются методы автоматической компенсации систематических погрешностей и эффективного уменьшения случайных.

Не менее важным сегодня является    и совершенствование эксплуатационных характеристик : :Не менее важным сегодня является и совершенствование эксплуатационных характеристик : : повышение надежности; расширение возможных диапазонов влияющих величин; обеспечение многофукциональности;

 внедрение автоматической диагностики внутренних узлов аппаратуры; обеспечение достаточно высоких уровней пыле- и влагозащищенности; внедрение автоматической диагностики внутренних узлов аппаратуры; обеспечение достаточно высоких уровней пыле- и влагозащищенности; защищенности от электромагнитных полей;

 уменьшение габаритных размеров и массы;  уменьшение мощности потребления и, как следствие, уменьшение габаритных размеров и массы; уменьшение мощности потребления и, как следствие, увеличение времени непрерывной работы от одного комплекта внутреннего питания; обеспечение удобства и простоты работы с прибором; создание дружественного к пользователю интерфейса прибора.

    Характерной тенденцией развития   электроизмерительной техники в  Характерной тенденцией развития электроизмерительной техники в последние десятилетия стало: все более широкое применение цифровых методов преобразования, измерения, регистрации и анализа информации, повышение степени автоматизации и интеллектуализации средств измерений.

 Заметно изменилось соотношение между объемами статических и динамических измерений.  Доля динамических моделей Заметно изменилось соотношение между объемами статических и динамических измерений. Доля динамических моделей объектов и процессов непрерывно растет. Вследствие этого значительно возрастают объемы получаемой в процессе экспериментов и обрабатываемой информации. Все чаще возникает необходимость в автоматизированном анализе больших массивов данных, причем нередко в реальном времени хода исследуемого процесса.

 Все это требует постоянного увеличения объемов внутренней памяти данных средств измерений (цифровых регистраторов, Все это требует постоянного увеличения объемов внутренней памяти данных средств измерений (цифровых регистраторов, осциллографов и анализаторов), повышения мощности внутреннего интеллекта и произвоздительности микропроцессоров.

 Непрерывно ведутся поиски перспективных методов (как аналоговых, так и цифровых) преобразования, передачи и Непрерывно ведутся поиски перспективных методов (как аналоговых, так и цифровых) преобразования, передачи и хранения информации; продолжаются разработки более эффективных и мощных средств исследования явлений окружающего мира; расширяется номенклатура средств измерений

    Характерным для современного приборостроения стало и резкое сокращение сроков создания Характерным для современного приборостроения стало и резкое сокращение сроков создания новой аппаратуры. Важной особенностью последних десятилетий является широкое распространение персональных компьютеров во всех областях деятельности человека и, конечно же, в измерительной технике.

 Разработкой и применением компьютерных измерительных устройств, виртуальных приборов,  комплексов и систем занимается Разработкой и применением компьютерных измерительных устройств, виртуальных приборов, комплексов и систем занимается с каждым годом все большее число специалистов.

 При этом активно развиваются разнообразные формы анализа и представления информации (в том числе При этом активно развиваются разнообразные формы анализа и представления информации (в том числе и наиболее наглядное — графическое представление данных).

 Сегодня трудно даже представить себе, каких высот достигнет к концу этого века измерительная Сегодня трудно даже представить себе, каких высот достигнет к концу этого века измерительная техника, как изменится ее роль в жизни общества и как она изменит общество.

  ГЛАВА 1 ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИИ И ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ 1. 1.  ИЗМЕРЕНИЕ Метрология ГЛАВА 1 ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИИ И ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ 1. 1. ИЗМЕРЕНИЕ Метрология — это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства, способах достижения требуемой точности. В метрологии различают три направления: теоретическое (фундаментальное), законодательное и и практическое (прикладное).

Базовыми понятиями метрологии и измерительной техники являются: измерение,  единство измерений,  точность измеренийБазовыми понятиями метрологии и измерительной техники являются: измерение, единство измерений, точность измерений ( см. рис. 1. 1).

 Измерением называют процесс нахождения значения физической  величины опытным путем с помощью специальных Измерением называют процесс нахождения значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств (средств измерений).

 1. 1. 1. Физическая величина (ФВ ) — это свойство, в качественном отношении 1. 1. 1. Физическая величина (ФВ ) — это свойство, в качественном отношении общее для многих физических объектов, но в количественном отношении — индивидуальное для каждого объекта.

 Все многообразие ФВ может быть классифицировано по множеству различных признаков.  Все ФВ Все многообразие ФВ может быть классифицировано по множеству различных признаков. Все ФВ подразделяются на две группы: неэлектрические электрические величины. .

 К К электрическим ФВ относятся:  электрический заряд, ток, напряжение,  электрические сопротивление К К электрическим ФВ относятся: электрический заряд, ток, напряжение, электрические сопротивление и емкость, проводимость, активная и реактивная мощности, электрическая энергия….

 Значение ФВ — это количественная оценка ФВ в виде конкретного числа принятых для Значение ФВ — это количественная оценка ФВ в виде конкретного числа принятых для этой величины единиц. Например, значение напряжения в бытовой однофазной электрической цепи UU = 220 В.

1. 1. 2. Виды средств измерений    Средство измерений (СИ) — техническое1. 1. 2. Виды средств измерений Средство измерений (СИ) — техническое средство, используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические характеристики.

   Все СИ (в соответствии с РМГ 29 -99. ГСИ.  «Метрология. Все СИ (в соответствии с РМГ 29 -99. ГСИ. «Метрология. Основные термины и определения » ) подразделяются на пять видов: Меры измерительные преобразователи, измерительные приборы, измерительные установки измерительные системы.

   Мера — это СИ, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера. Мера — это СИ, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера.

Например, нормальный гальванический элемент — мера ЭДС ; ;  Например, нормальный гальванический элемент — мера ЭДС ; ;

Образцовый (измерительный) резистор …… Образцовый (измерительный) резистор ……

   Измерительный преобразователь — — СИ, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации Измерительный преобразователь — — СИ, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для дальнейшего преобразования, передачи, обработки. хранения, но не предназначенной для непосредственного восприятия наблюдателем.

Например, измерительные преобразователи ( шунты ) Например, измерительные преобразователи ( шунты )

 Измерительный преобразователь  не имеет отсчетного  устройства ,  и поэтому результат Измерительный преобразователь не имеет отсчетного устройства , и поэтому результат преобразования не может быть непосредственно воспринят человеком

    Измерительный прибор — это СИ,  предназначенное для выработки сигнала Измерительный прибор — это СИ, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем, т. е. имеющее отсчетное устройство или индикатор. Например: электромагнитный щитовой вольтметр, самопишущий прибор, осциллограф…

 Измерительная установка — совокупность функционально объединенных СИ и вспомогательных устройств, предназначенных для выработки Измерительная установка — совокупность функционально объединенных СИ и вспомогательных устройств, предназначенных для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для непосредственного восприятия наблюдателем, и расположенная в одном месте. Отличие измерительной установки от измерительной системы заключается в ее локальности, компактности размещения.

Система сбора данных VВходные сигналы Выходные сигналы V i Драйвера и прикладное ПОС оСистема сбора данных VВходные сигналы Выходные сигналы V i Драйвера и прикладное ПОС о г л а с о в а н и е с и г н а л о в A/D D/A DIO TIO

 Измерительная система — совокупность СИ и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи, Измерительная система — совокупность СИ и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи, предназначенная для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для автоматической обработки, передачи и (или) использования в автоматических системах управления.

 Нормируемые метрологические характеристики (НМХ) СИ регламентируются  ГОСТ 8. 009 — 84 «Нормируемые Нормируемые метрологические характеристики (НМХ) СИ регламентируются ГОСТ 8. 009 — 84 «Нормируемые метрологические характеристики средств измерений» . К основным НМХ относятся – погрешности СИ, номинальная функция преобразования или коэффициент преобразования измерительного преобразователя , чувствительность, диапазон измерений , входное сопротивление.

1. 1. 3. Виды и методы измерений   Получать значения ФВ (результаты измерений)1. 1. 3. Виды и методы измерений Получать значения ФВ (результаты измерений) можно различными способами. Существуют следующие виды измерений: прямые, косвенные, совокупные совместные. . Наиболее распространены прямые и косвенные измерения.

 Прямые измерения — измерения, при которых искомое значение измеряемой величины находят непосредственно из Прямые измерения — измерения, при которых искомое значение измеряемой величины находят непосредственно из опытных данных. Например, рис. 1. 2, а- измерение действующего значения напряжения электрической сети с помощью цифрового мультиметра.

 Косвенные измерения — измерения, при которых искомое значение величины находят на основании известной Косвенные измерения — измерения, при которых искомое значение величины находят на основании известной функциональной зависимости между этой величиной и исходными величинами, оцениваемыми прямыми измерениями.

 Пример косвенного измерения — измерение мощности Р Р на активной нагрузке RR с Пример косвенного измерения — измерение мощности Р Р на активной нагрузке RR с помощью амперметра А А и и вольтметра V V (рис. 1. 2, 6): P P = = UIUI , , где U U – – напряжение на нагрузке RR , , измеренное вольтметром; II — ток в нагрузке, измеренный амперметром.

Методы измерений Совокупность приемов использования физических принципов и средств измерений называют методом измерений. Методы измерений Совокупность приемов использования физических принципов и средств измерений называют методом измерений. Различают метод непосредственной оценки метод сравнения с мерой (рис. 1. 3).

 В В методе непосредственной оценки значение измеряемой величины определяется прямо (непосредственно) по отсчетному В В методе непосредственной оценки значение измеряемой величины определяется прямо (непосредственно) по отсчетному устройству измерительного прибора.

  Метод сравнения с мерой основан на сравнении измеряемой величины с мерой. Метод сравнения с мерой основан на сравнении измеряемой величины с мерой. Процедура сравнения может быть выполнена по-разному. Это может быть одновременное или разновременное сравнение величины с мерой (см. рис. 1. 3). В свою очередь, метод одновременного сравнения подразделяется на дифференциальный и и нулевой. .

  В В дифференциальном методе измеритель (например,  вольтметр VV ))  оценивает В В дифференциальном методе измеритель (например, вольтметр VV )) оценивает разность между измеряемой величиной ЭДС ЕЕ xx и известной величиной Ео. Ео , воспроизводимой мерой.

 В В нулевом методе разница между измеряемой ЕЕ xx и известной Ео. Ео В В нулевом методе разница между измеряемой ЕЕ xx и известной Ео. Ео величинами доводится до нуля с помощью изменения известной величины Ео. Факт достижения равенства ЕЕ xx = Ео определяется показаниями нулевого индикатора (НИ). Типичный пример реализации нулевого метода — измерение сопротивления уравновешиваемым мостом постоянного тока.

 В методе разновременного  сравнения сравнение измеряемой величиной ЕЕ xx и и изменяемой В методе разновременного сравнения сравнение измеряемой величиной ЕЕ xx и и изменяемой известной Ео. Ео происходит в режиме поочередного измерения. Если показания измерителя (например, вольтметра) при измерении величины ЕЕ xx равны VV 11 , то, подключив известную Ео Ео и изменяя ее значение до достижения равенства результатов второго и первого измерений ( VV 11 = = VV 22 ), ), получим равенство ЕЕ xx = Ео.

1. 2. Единство измерений     Под единством измерений понимают такое состояние1. 2. Единство измерений Под единством измерений понимают такое состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах и погрешности результатов измерений известны с известной или заданной вероятностью.

 Единство измерений позволяет сопоставлять результаты измерений,  выполненные в разных местах, в разное Единство измерений позволяет сопоставлять результаты измерений, выполненные в разных местах, в разное время, разными специалистами, с помощью разных средств измерений.

 Единство измерений обеспечивается использованием общепринятой системы единиц физических величин,  стандартизацией, метрологическим обеспечением, Единство измерений обеспечивается использованием общепринятой системы единиц физических величин, стандартизацией, метрологическим обеспечением, эталонами и образцовыми средствами измерений, соответствующей нормативно-технической документацией.

1. 2. 1. Единицы физических величин     Единица физической величины —1. 2. 1. Единицы физических величин Единица физической величины — это такая физическая величина, которой по определению присвоено числовое значение, равное единице.

 Основные, дополнительные и производные единицы физических величин. . В соответствии с  ГОСТ Основные, дополнительные и производные единицы физических величин. . В соответствии с ГОСТ 8. 417— 81 ГСИ « « Единицы физических величин » все единицы физических величин подразделяются на основные (их семь), дополнительные (их две) и производные (около 200 и их число растет). В табл. 1. 1 приведены основные и дополнительные единицы физических величин.

 Конкретный размер  основной единицы  физической величины не имеет значения. Главное, чтобы Конкретный размер основной единицы физической величины не имеет значения. Главное, чтобы единица физической величины была общепринята, узаконена и выступала основой при формировании производных единиц.

Производные единицы физических величин образуются из основных, дополнительных и других производных путем разнообразных функциональныхПроизводные единицы физических величин образуются из основных, дополнительных и других производных путем разнообразных функциональных преобразований. .

Относительные и логарифмические единицы Относительные и логарифмические единицы

       Линия А А на рис. 1. 5 Линия А А на рис. 1. 5 иллюстрирует зависимость функции ( коэффициента усиления Ку. Ку ) от аргумента ( частоты ff ), ), соответствующую наклону 40 д. Б/декада, линия Б Б — наклону 20 д. Б/декада. .

1. 2. 2.  Стандартизация    Всего несколько десятилетий назад в 1. 2. 2. Стандартизация Всего несколько десятилетий назад в мире не было единообразия единиц физических величин. В разных странах, в разных отраслях науки и техники, использовалось множество различных единиц для оценки одних и тех же величин.

 Такое разнообразие единиц сильно затрудняло сопоставление и использование результатов научных исследований, технических измерений Такое разнообразие единиц сильно затрудняло сопоставление и использование результатов научных исследований, технических измерений и расчетов, выполненных разными специалистами в разных странах; создавало чрезвычайные трудности и серьезно тормозило развитие мирового сообщества.

 В середине ХХ в. Международный комитет мер и весов  подготовил и принял В середине ХХ в. Международный комитет мер и весов подготовил и принял новую систему единиц , которая была названа Международной системой единиц — ( System International — — SISI ). В 1963 г. в СССР , а значит, и на территории РБ, был введен ГОСТ 9867 — 61 , в соответствии с которым эта система была рекомендована для использования в нашей стране.

 Сегодня средства измерений разрабатывают и серийно выпускают тысячи различных отечественных и зарубежных организаций Сегодня средства измерений разрабатывают и серийно выпускают тысячи различных отечественных и зарубежных организаций и фирм. Доля затрат на измерительную технику , обслуживание и метрологическое обеспечение в промышленном производстве достигает 25…. 30% стоимости основных фондов. .

  Законодательной основой стандартизации является система Государственных стандартов (ГОСТ).   В настоящее Законодательной основой стандартизации является система Государственных стандартов (ГОСТ). В настоящее время в стране действует тысячи Государственных стандартов. Они отражают важнейшие характеристики и свойства разнообразной продукции, особенности методик измерений, характеристики СИ и т. п.

Основные цели и задачи стандартизации : :  * определение единой системы требований иОсновные цели и задачи стандартизации : : * определение единой системы требований и показателей качества продукции, характеристик сырья и ресурсов; методов и средств контроля и испытаний; * обеспечение единства и необходимой достоверности измерений в стране и мире, создание и совершенствование эталонов единиц ФВ, методов и средств измерений высшей точности;

 * развитие унификации промышленной продукции, повышение уровня взаимозаменяемости, повышение эффективности эксплуатации и ремонта, * развитие унификации промышленной продукции, повышение уровня взаимозаменяемости, повышение эффективности эксплуатации и ремонта, обеспечение необходимого уровня надежности; * установление рационального многообразия видов, марок, типоразмеров оборудования; * установление единой системы документации, единой терминологии, обозначений, методов расчетов.

  Базовой составляющей стандартизации  является метрологическое обеспечение.    Под метрологическим Базовой составляющей стандартизации является метрологическое обеспечение. Под метрологическим обеспечением понимается наличие и грамотное использование эталонов, мер, аттестованных образцовых СИ, узаконенных методов поверки, необходимой нормативно-технической документации (стандартов, методических указаний, инструкций), квалифицированных специалистов-метрологов.

 Стандарт — это нормативно-технический документ, устанавливающий перечень норм, правил, требований к объекту (стандартизации) Стандарт — это нормативно-технический документ, устанавливающий перечень норм, правил, требований к объекту (стандартизации) и утвержденный уполномоченным органом (например, Госстандартом РБ или России).

   Метрологическая аттестация — —  это исследование СИ, выполняемое метрологическим органом Метрологическая аттестация — — это исследование СИ, выполняемое метрологическим органом для определения метрологических характеристик СИ и оформление соответствующего документа (сертификата) с указанием полученных результатов.

Поверка СИ — — нахождение метрологическим органом (службой) погрешностей СИ, установление соответствия значений погрешностейПоверка СИ — — нахождение метрологическим органом (службой) погрешностей СИ, установление соответствия значений погрешностей классу точности СИ и определение его пригодности к применению.

 Поверку , как правило, осуществляют путем сравнения результатов преобразования испытуемого СИ с результатами Поверку , как правило, осуществляют путем сравнения результатов преобразования испытуемого СИ с результатами преобразования образцового (более точного) СИ. Для частного, но весьма распространенного случая поверки измерительного прибора, показания поверяемого прибора сличают с показаниями более точного прибора.

 Погрешность образцового СИ должна быть по крайней мере втрое меньше погрешности испытуемого СИ Погрешность образцового СИ должна быть по крайней мере втрое меньше погрешности испытуемого СИ при одних и тех же условиях эксперимента.

   Процедура поверки СИ не эквивалентна процедуре калибровки.    Калибровка Процедура поверки СИ не эквивалентна процедуре калибровки. Калибровка — способ уменьшения систематических погрешностей СИ перед измерениями, т. е. коррекция (исправление) его характеристики преобразования.

 При калибровке поочередно подают на вход СИ СИ образцовую измеряемую величину  нулевого При калибровке поочередно подают на вход СИ СИ образцовую измеряемую величину нулевого значения (например, закоротив вход СИ) и затем образцовую измеряемую величину значением, равным верхнему пределу диапазона измерения (с помощью специальной меры, иногда встроенной в СИ).

 Зафиксирован результаты преобразования (показания прибора) образцовых величин, можно в дальнейшем корректировать результаты преобразований. Зафиксирован результаты преобразования (показания прибора) образцовых величин, можно в дальнейшем корректировать результаты преобразований. в процессе выполнения измерений. Такая процедура позволяет уменьшить как аддитивную, так и мультипликативную погрешности.

1. 2. 3. Эталоны     Эталон — это СИ, обеспечивающее хранение1. 2. 3. Эталоны Эталон — это СИ, обеспечивающее хранение и/или воспроизведение единицы физической величины с целью передачи ее размера другим СИ (образцовым или рабочим) и официально утвержденное. Реально эталон может представлять собой комплекс, состоящий из нескольких различных СИ. На рис. 1. 6 приведена схема передачи размера единицы физической величины.

 В этой метрологической цепи высшим звеном является международный эталон. .  Эти эталоны В этой метрологической цепи высшим звеном является международный эталон. . Эти эталоны хранятся в Международном бюро мер и весов (Франция).

–  Государственные эталоны — это эталоны,  обеспечивающие наивысшую в данной стране точность.– Государственные эталоны — это эталоны, обеспечивающие наивысшую в данной стране точность. Хранение эталонов — сложнейшая научно-техническая задача, поэтому они хранятся в метрологических институтах.

   Эталоны , воспроизводящие одну и ту же единицу ФВ, в зависимости Эталоны , воспроизводящие одну и ту же единицу ФВ, в зависимости от точности воспроизведения единицы делятся на первичные эталоны (обеспечивающие наивысшую в данной стране точность) и вторичные (образованные сличением с первичным и служащие для организации поверочных работ).

    Первичный эталон служит для воспроизведения единицы с наивысшей для данной Первичный эталон служит для воспроизведения единицы с наивысшей для данной страны точностью. Специальный эталон предназначен для воспроизведения единицы в особых условиях, когда первичный эталон не может быть использован.

 Первичные и специальные эталоны  утверждаются в качестве государственных и являются исходными для Первичные и специальные эталоны утверждаются в качестве государственных и являются исходными для каждой страны.

    Вторичные эталоны необходимы для обеспечения поверочных работ и сохранности первичных Вторичные эталоны необходимы для обеспечения поверочных работ и сохранности первичных эталонов и делятся на на эталоны-свидетели, эталоны-копии, эталоны сравнения и рабочие эталоны. .

 Эталоны-свидетели предназначены для поверки государственного эталона и замены его в случае утраты. Эталоны-свидетели предназначены для поверки государственного эталона и замены его в случае утраты. Эталоны-копии и эталоны сравнения используются для взаимного сличения.

 Рабочие эталоны необходимы для передачи размера единицы образцовым СИ высшей точности (например, образцовым Рабочие эталоны необходимы для передачи размера единицы образцовым СИ высшей точности (например, образцовым мерам ). ).

   Образцовые СИ служат для поверки по ним рабочих мер, которые, Образцовые СИ служат для поверки по ним рабочих мер, которые, в свою очередь, предназначены как для поверки СИ, так и для измерений в различных задачах. Классы точности образцовых мермер достаточно высоки. Например, предельно допустимое значение относительной погрешности образцовой катушки сопротивления может составлять 0, 0005 %.

  Рабочие СИ применяются для разнообразных измерений, не связанных с поверкой.  Рабочие СИ применяются для разнообразных измерений, не связанных с поверкой. В В электрических измерениях используются рабочие меры ЭДСЭДС , с, с опротивления , , индуктивности , , емкости и др.

1. 3. ТОЧНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЙ   Точность измерений — качество измерений, отражающее близость их1. 3. ТОЧНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЙ Точность измерений — качество измерений, отражающее близость их результатов к истинному значению измеряемой величины. Количественным выражением качественного понятия «точность» является погрешность. . Следует различать погрешность результата измерения (это более общее понятие) и погрешность инструмента. .

1. 3. 1. Погрешность результата измерения   Истинное значение измеряемой величины принципиально не1. 3. 1. Погрешность результата измерения Истинное значение измеряемой величины принципиально не может быть найдено (грамотный экспериментатор, понимая это, и не стремится к этому). Поэтому и реальное (истинное) значение погрешности результата определить не представляется возможным.

 Достаточно оперировать оценкой  (приблизительным значением измеряемой величины) и диапазоном возможных значений погрешности. Достаточно оперировать оценкой (приблизительным значением измеряемой величины) и диапазоном возможных значений погрешности. .

 В случае простейшего детерминированного подхода (подхода по наихудшему случаю) используют предельное значение погрешности В случае простейшего детерминированного подхода (подхода по наихудшему случаю) используют предельное значение погрешности в в каждом конкретном случае, т. е. такое значение, превысить которое реальная погрешность гарантированно не может.

Основные классификационные признаки погрешности результатов измерений.  Первый классификационный признак:  что (кто) являетсяОсновные классификационные признаки погрешности результатов измерений. Первый классификационный признак: что (кто) является причиной ошибки? Суммарная погрешность результата любого измерения в общем случае складывается из трех составляющих: инструментальной, методической и субъективной.

 Инструментальная составляющая  определяется основными метрологическими характеристиками собственно инструмента (т. е. СИ), его Инструментальная составляющая определяется основными метрологическими характеристиками собственно инструмента (т. е. СИ), его основной и дополнительной погрешностями.

 Методическая составляющая  погрешности результата измерения зависит от используемого метода измерения и не Методическая составляющая погрешности результата измерения зависит от используемого метода измерения и не зависит от погрешности самого инструмента. Она может быть оценена или даже скомпенсирована (иногда практически полностью).

 Субъективная составляющая не зависит ни от погрешности прибора, ни от метода измерения, а Субъективная составляющая не зависит ни от погрешности прибора, ни от метода измерения, а в основном определяется квалификацией пользователя (субъекта). . Эта составляющая может присутствовать в результате любого измерения.

 Второй классификационный признак — — способ выражения погрешности (табл. 1. 5).  Абсолютная Второй классификационный признак — — способ выражения погрешности (табл. 1. 5). Абсолютная погрешность ΔΔ (дельта) — самая простая и понятная — это разность между измеренным Х и истинным Хист(или действительным Хд, т. е. полученным более точным прибором) значениями измеряемой величины.

 Относительная погрешность  δδ  (дельта малая) — отношение абсолютной погрешности к действительному Относительная погрешность δδ (дельта малая) — отношение абсолютной погрешности к действительному Хд (или измеренному Х) значению, выраженное в процентах.

Третий классификационный признак — — зависимость погрешности (в абсолютном виде)  от значения измеряемойТретий классификационный признак — — зависимость погрешности (в абсолютном виде) от значения измеряемой величины Х. Погрешности подразделяются на аддитивные , , мультипликативные и погрешности линейности (рис. 1. 7).

    Аддитивной называется погрешность  ΔΔ а, значения которой (будучи представленными Аддитивной называется погрешность ΔΔ а, значения которой (будучи представленными в абсолютной форме) не выходят за рамки независящего от значения измеряемой величины Х коридора ( см. рис. 1. 7, а).

 Мультипликативной называется такая погрешность ΔΔ мм , значения которой  не выходят за Мультипликативной называется такая погрешность ΔΔ мм , значения которой не выходят за рамки линейно зависящего от значения измеряемой величины Х коридора (см. рис. 1. 7, 6). Любое другое поведение характерно для погрешности линейности ΔΔ л л , часто упрощенно называемой нелинейностью (см. рис. 1. 7, в).

    Четвертый классификационный признак — характер проявления погрешности.   Четвертый классификационный признак — характер проявления погрешности. Погрешности подразделяются на систематические и случайные. .

  Систематическая — это такая погрешность, значение которой при повторении экспериментов неизменно или Систематическая — это такая погрешность, значение которой при повторении экспериментов неизменно или меняется по известному закону. Систематические погрешности, как правило, могут быть оценены и, следовательно, учтены путем введения поправок в результат измерения.

 Случайные — это такие погрешности,  значения которых непредсказуемы.   К случайным Случайные — это такие погрешности, значения которых непредсказуемы. К случайным же относятся и различные промахи (сбои), которые объясняются или грубой ошибкой оператора, или кратковременной неисправностью аппаратуры, или влиянием внешних электромагнитных полей.

 В случае многократных измерений влияние случайной погрешности можно уменьшить обработкой полученных результатов, В случае многократных измерений влияние случайной погрешности можно уменьшить обработкой полученных результатов, например, нахождением их среднего арифметического значения.

1. 3. 2. Погрешности средств измерений   Как правило (и обычно в грамотно1. 3. 2. Погрешности средств измерений Как правило (и обычно в грамотно организованных экспериментах), определяющей составляющей в суммарной погрешности результата измерения является погрешность собственно СИ, т. е. инструментальная погрешность. . В свою очередь эта составляющая может быть классифицирована так, как показано на рис. 1. 8.

 Некоторые классификационные признаки являются общими и для погрешности результата измерения, и для погрешности Некоторые классификационные признаки являются общими и для погрешности результата измерения, и для погрешности СИ. Специфические погрешности , , характерные именно для средств измерений, выделены на рис. 1. 8 фоном.

    По первому классификационному признаку (способу выражения) погрешности СИСИ делят на: По первому классификационному признаку (способу выражения) погрешности СИСИ делят на: абсолютные, относительные приведенные. Первые две рассмотрены в. подразделе 1. 3. 1.

 Приведенная погрешность γ — отношение абсолютной погрешности Δ к нормирующему значению Хн. Хн Приведенная погрешность γ — отношение абсолютной погрешности Δ к нормирующему значению Хн. Хн (часто это верхний предел диапазона измерения) прибора, выраженное в процентах: γ γ == ( ( Δ Δ / / Хн Хн ) 100%

    Второй классификационный признак также уже рассмотрен в подразд. 1. 3. Второй классификационный признак также уже рассмотрен в подразд. 1. 3. 1. Основная погрешность имеет место в нормальных условиях эксплуатации СИ (в частности, прибора), т. е. когда значения всех влияющих величин находятся в пределах заранее оговоренных диапазонов.

 Дополнительная погрешность возникает при изменении влияющих величин (например, температуры окружающей среды) за пределы Дополнительная погрешность возникает при изменении влияющих величин (например, температуры окружающей среды) за пределы нормальных значений.

 Статическая погрешность СИ (прибора) — погрешность при измерении значения постоянной (или очень медленно Статическая погрешность СИ (прибора) — погрешность при измерении значения постоянной (или очень медленно меняющейся) величины, т. е. в случае статических измерений (при использовании статической модели объекта исследования).

 Динамическая погрешность возникает при исследовании достаточно быстро меняющейся во времени величины (точнее информативного Динамическая погрешность возникает при исследовании достаточно быстро меняющейся во времени величины (точнее информативного параметра измеряемой величины). Например, если действующее значение (в данном случае информативный параметр) напряжение неизменно.

1. 3. 3.  КК ЛАССЫ ТОЧНОСТИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ Для обеспечения единства измерений и1. 3. 3. КК ЛАССЫ ТОЧНОСТИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ Для обеспечения единства измерений и взаимозаменяемости средств измерений характеристики их метрологических свойств (метрологические характеристики) нормируются и регламентируются стандартами-ГОСТ 8. 401 -80 « « Классы точности средств измерений. Общие требования » »

   Номенклатура метрологических характеристик и полнота, с которой они должны описывать те Номенклатура метрологических характеристик и полнота, с которой они должны описывать те или иные свойства средств измерений, зависят от назначения средств измерений, условий эксплуатации, режима работы и многих других факторов.

 В полном перечне метрологических характеристик можно выделить следующие их группы — — градуировочные В полном перечне метрологических характеристик можно выделить следующие их группы — — градуировочные характеристики, определяющие соотношение между сигналами на входе и выходе средства измерений в статическом режиме. К ним относятся:

 номинальная статическая характеристика преобразования (градуировочная характеристика) прибора, номинальное значение меры,  пределы измерения, номинальная статическая характеристика преобразования (градуировочная характеристика) прибора, номинальное значение меры, пределы измерения, цена деления шкалы, вид и параметры цифрового кода в цифровом приборе;

 — — показатели точности средства измерения, позволяющие оценить инструментальную составляющую погрешности результата измерения; — — показатели точности средства измерения, позволяющие оценить инструментальную составляющую погрешности результата измерения;

 — — динамические характеристики , отражающие инерционные свойства средств измерения и необходимые для — — динамические характеристики , отражающие инерционные свойства средств измерения и необходимые для оценивания динамических погрешностей измерений;

 — — функции влияния , ,  отражающие зависимость метрологических характеристик средств измерения — — функции влияния , , отражающие зависимость метрологических характеристик средств измерения от воздействия влияющих величин или неинформативных параметров входного сигнала.

   Неинформативным называется параметр входного сигнала, не связанный непосредственно с измеряемой величиной, Неинформативным называется параметр входного сигнала, не связанный непосредственно с измеряемой величиной, но оказывающий влияние на результат измерения, — частота переменного электрического тока при измерении его амплитуды.

 Обычно метрологические характеристики нормируются раздельно для нормальных и и рабочих условий применения средств Обычно метрологические характеристики нормируются раздельно для нормальных и и рабочих условий применения средств измерений. Нормальными считаются такие условия, при которых изменением метрологических характеристик под воздействием влияющих величин можно пренебречь. Для многих типов нормальными условиями применения являются: температура (20 ±± 5) 5) °° С, атмосферное давление 84. . . 106 к. Па, относительная влажность 30. . . 80%.

   При измерениях на производстве,  нужна определенная информация о возможной инструментальной При измерениях на производстве, нужна определенная информация о возможной инструментальной составляющей погрешности. . Такая информация дается указанием класса точности средства измерений. .

 Под классом точности понимают обобщенную метрологическую характеристику точности средств измерений данного типа, определяемую Под классом точности понимают обобщенную метрологическую характеристику точности средств измерений данного типа, определяемую предельными значениями допустимых основной и дополнительных погрешностей. .

 Классы точности присваивают средствам измерений при их разработке на основании исследований и испытаний Классы точности присваивают средствам измерений при их разработке на основании исследований и испытаний представительной партии средств измерения данного типа. . При этом пределы допускаемых погрешностей нормируют и выражают в форме абсолютных, приведенных , относительных погрешностей , , в зависимости от характера изменения погрешностей в пределах диапазона измерений.

  Приведенной называется относительная погрешность,  вычисленная в процентах от некоторого нормирующего значения. Приведенной называется относительная погрешность, вычисленная в процентах от некоторого нормирующего значения. (п. 2 в таблице) В качестве нормирующего обычно принимается конечное значение шкалы (верхний предел измерения для приборов с односторонней шкалой или сумма пределов — для приборов с нулем посредине).

 Пределы допускаемой абсолютной погрешности устанавливают по формулам Или     Пределы допускаемой абсолютной погрешности устанавливают по формулам Или где х х — значение измеряемой величины; aa , , bb — положительные числа, не зависящие от х. х.

 Нормирование в соответствии со второй формулой означает, что в составе по грешности средства Нормирование в соответствии со второй формулой означает, что в составе по грешности средства измерения присутствуют аддитивная и мультипликативная составляющие, например, для генератора низкой частоты Г 3 -36 = (0, 03 f f + 2) Гц.

 Пределы допускаемой приведенной основной погрешности определяют по формуле     где Пределы допускаемой приведенной основной погрешности определяют по формуле где Хн. Хн нормирующее значение, выраженное в тех же единицах, что и хх ; ; рр отвлеченное положительное число, выбираемое из стандартизованного ряда значений (1*10 nn ; 1, 5*10 nn ; …. 5*10 n n . . . , где nn = 1, 0, — 1, — 2 и т. д. ).

 Для измерительных приборов с существенно неравномерной шкалой нормирующее значение устанавливают равным длине шкалы. Для измерительных приборов с существенно неравномерной шкалой нормирующее значение устанавливают равным длине шкалы. . Пределы основной относительной погрешности: Если абсолютная погрешность установлена по формуле То предел основной относительной погрешности δ = (Δ / хх кк ) 100 = ± q %q % Если абсолютная погрешность установлена по формуле то предел основной относительной погрешности вычисляется по формуле где qq отвлеченное положительное число, выбираемое из стандартизованного ряда значений; Х к — больший по модулю из пределов измерений ( верхний предел измерения, или сумма пределов измерения для приборов с нулем посредине); с, dd положительные числа, выбираемые из стандартизованного ряда; х х — показание прибора.

   Классы точности средств измерений обозначаются условными знаками (буквами, цифрами).  Классы точности средств измерений обозначаются условными знаками (буквами, цифрами). Для средств измерений, пределы допускаемой основной погрешности которых выражают в форме приведенной погрешности или относительной погрешности классы точности обозначаются числами, равными этим пределам в процентах

 Пределы допускаемых дополнительных погрешностей, как правило, устанавливают в виде дольного значения предела допускаемой Пределы допускаемых дополнительных погрешностей, как правило, устанавливают в виде дольного значения предела допускаемой основной погрешности. Обозначение классов точности наносится на шкалы, щитки или корпуса приборов.

 Чтобы отличить относительную погрешность  от от приведенной , обозначение класса точности в Чтобы отличить относительную погрешность от от приведенной , обозначение класса точности в относительной погрешности обводят кружком Если погрешность нормирована в процентах от длины шкалы, то под обозначением класса ставится знак Если погрешность мультипликативную составляющую, то класс точности обозначается каккак с / d d (например, 0, 02/ 0, 01).

 Пример. На шкале амперметра с пределами измерения 0. . 10 АА нанесено обозначение Пример. На шкале амперметра с пределами измерения 0. . 10 АА нанесено обозначение класса точности 2, 5. Это означает что для данного прибора нормирована приведенная погрешность. Подставляя Х = IО А и и рр = 2, 5 получим Δ = ( XX к / 100) · q q = (10/100)·2, 5=0, 25 АА Если бы обозначение класса точности было

 Тогда абсолютную погрешность Δ Δ следовало бы вычислить в процентах от измеренного значения. Тогда абсолютную погрешность Δ Δ следовало бы вычислить в процентах от измеренного значения. Так, при II = = 2 А, погрешность не должна превышать в этом случае Δ = ( X X / 100) · q q = (2/100)·2, 5=0, 05 АА

Таблица 1. 6 Таблица 1.

 Классы точности простых измерительных приборов невысокой точности, например, щитовых стрелочных задаются пределом основной Классы точности простых измерительных приборов невысокой точности, например, щитовых стрелочных задаются пределом основной приведенной погрешности ( вариант 2 из таблицы 1. 6) Для самопишущих приборов характерным является задание класса точности пределом основной относительной погрешности (вариант З из табл. 1. 6). Для СИ средней и высокой точности применяются варианты 4 и 5 из табл. 1. 6. Например, для мостов, компенсаторов, цифровых измерительных приборов, как правило, используется вариант 5 из табл. 1. 6. 4. 5.

 Наиболее распространенной во всем мире (и одновременно наиболее понятной) формой задания погрешностей для Наиболее распространенной во всем мире (и одновременно наиболее понятной) формой задания погрешностей для современных цифровых СИ является вариант 4 из табл. 1. 6. При этом предел основной абсолютной погрешности содержит и аддитивную (±а) , и мультипликативную (±(± b. X )) составляющие: ΔΔ =±(а+ bb Х), где Х Х — значение измеряемой величины; аа и и b b —— постоянные коэффициенты.

 Форма задания класса точности пределом абсолютной погрешности, содержащей аддитивную и мультипликативную составляющие, Форма задания класса точности пределом абсолютной погрешности, содержащей аддитивную и мультипликативную составляющие, может иметь несколько вариантов записи. Например, класс точности цифрового термометра может быть задан следующим образом: Δп Δп = ± (О, 5 % результата + 2 единицы МЗР), где МЗР — младший значащий разряд. Здесь первое слагаемое — это мультипликативная погрешность, а второе — аддитивная.

 Другой пример — цифровой мультиметр в режиме измерения переменных напряжений имеет класс точности, Другой пример — цифровой мультиметр в режиме измерения переменных напряжений имеет класс точности, определяемый выражением Δп Δп = (1, О % результата + 0, 5 % диапазона измерения).

   Для зарубежной аппаратуры (и для англоязычной литературы) характерна такая форма записи Для зарубежной аппаратуры (и для англоязычной литературы) характерна такая форма записи класса точности: ΔΔ = ±( a. FS + + b. R )) , , где FSFS ( ( Full S са 1 е) — верхнее значение диапазона измерений; RR ( ( RR еаеа ding ) — результат измерения (отсчет); а, а, bb — — постоянные коэффициенты.

1. 3. 4. Основная и дополнительная погрешности      Основная инструментальная1. 3. 4. Основная и дополнительная погрешности Основная инструментальная погрешность находится по классу точности СИ. Например , , при нормальных условиях щитовым электромагнитным вольтметром класса точности 1 , 5 (т. е. имеющим предел основной приведенной погрешности γγ п, п, не превышающий 1, 5 % ) с диапазоном измеряемых значений О. . . 300 В (нормирующее значение Хн. Хн = ЗОО В) получен результат измерения действующего значения напряжения UU = 220 В.

 Требуется :  определить предельные значения абсолютной ΔΔ и относительной инструментальных погрешностей результата Требуется : определить предельные значения абсолютной ΔΔ и относительной инструментальных погрешностей результата измерения UU. . Оценим: Предельное значение основной абсолютной погрешности Δ Δ = γγ пп Хк /100 = ± 1, 5*300 /100 = ± 4, 5 В

Предельное значение основной  относительной погрешности δ:  δ = Δ*100 /  UUПредельное значение основной относительной погрешности δ: δ = Δ*100 / UU = ± 4, 5*100/220 = ± 2, 0% Расчет суммарной погрешности результата измерения в общем случае предполагает нахождение максимально возможного числа составляющих (основной, дополнительной, методической, взаимодействия и т. д. ).

    Дополнительная погрешность возникает при работе СИ (в частности,  прибора) Дополнительная погрешность возникает при работе СИ (в частности, прибора) не в нормальных, а в рабочих условиях, когда одна или несколько влияющих величин выходят за пределы области нормальных значений (но находятся внутри диапазона рабочих значений).

 Влияющая величина (ВВ) — это такая физическая величина , которая не измеряется в Влияющая величина (ВВ) — это такая физическая величина , которая не измеряется в данном эксперименте, но влияет на результат измерения или преобразования.

 Например,  в эксперименте по измерению тока  в электрической цепи некоторые другие Например, в эксперименте по измерению тока в электрической цепи некоторые другие физические величины (( температура окружающей среды, атмосферное давление, относительная влажность воздуха, электрические и магнитные поля, напряжение питания СИ ) ) являются влияющими величинами.

   Влияющие величины в общем случае могут меняться в довольно широких диапазонах. Влияющие величины в общем случае могут меняться в довольно широких диапазонах. При оценке работоспособности СИ в различных условиях воздействия окружающей среды различают три области возможных значений ВВ: 1) область нормальных значений ВВ ВВ (при этом значение ВВ находится в пределах заранее оговоренных — нормальных — значений); 2) область рабочих значений ВВ (при этом значение ВВ находится в диапазоне своих рабочих значений); 3) область значений ВВ, при которых возможны хранение или транспортировка СИ.

   С точки зрения оценки инструментальных погрешностей нас интересуют лишь первые две С точки зрения оценки инструментальных погрешностей нас интересуют лишь первые две области (рис. 1. 11). Область нормальных значений ВВВВ обычно задается симметричным относительно номинального значения βо диапазоном β 1…. Β 2. В этом диапазоне возможных значений ВВ ВВ условия применения СИ считаются нормальными ( НУНУ ) и при этом имеет место только основная погрешность СИ

   Областью рабочих значений  называется более широкий диапазон возможных изменений ВВ, Областью рабочих значений называется более широкий диапазон возможных изменений ВВ, в котором СИ может нормально использоваться. Границы этого диапазона задаются нижним βн и верхним βв предельными значениями ВВ, соответственно.

 В этом диапазоне значений ВВ условия применения СИ называются рабочими (РУ) и при В этом диапазоне значений ВВ условия применения СИ называются рабочими (РУ) и при этом имеет место не только основная, но еще и дополнительная погрешность. .

   При работе в пределах рабочих  условий , но за пределами При работе в пределах рабочих условий , но за пределами нормальных, общая инструментальная погрешность складывается уже из основной и дополнительной составляющих. . Например , для самой важной практически во всех измерительных экспериментах ВВ — температуры окружающей среды —

 область  нормальных (для РБ и России) значений и,  следовательно, нормальных условий область нормальных (для РБ и России) значений и, следовательно, нормальных условий применения СИ в большинстве обычных технических измерительных экспериментов составляет (20 ± 5) °С или (20± 2)°С

   Области нормальных значений не являются постоянными, а зависят от особенностей выполняемых Области нормальных значений не являются постоянными, а зависят от особенностей выполняемых измерений, измеряемых величин, классов точности СИ. Например, чем точнее СИ, тем уже требуемый диапазон нормальных температур. .

 Для мер электрического сопротивления высшего класса точности (0, 0005; 0, 001; 0, 002) Для мер электрического сопротивления высшего класса точности (0, 0005; 0, 001; 0, 002) допустимое отклонение температуры от номинального значения составляет, соответственно, 0, 1 °С; 0, 2 °С; 0, 5 °С.

 Для зарубежных приборов часто за номинальное принимается значение температуры +23°С.   Номинальные Для зарубежных приборов часто за номинальное принимается значение температуры +23°С. Номинальные значения и диапазоны нормальных значений некоторых основных ВВ для обычных измерений приведены в табл. 1. 7.

    Для СИ  промышленного  применения области рабочих значений ВВ Для СИ промышленного применения области рабочих значений ВВ являются более широкими, чем, скажем, для лабораторных СИ. Измерительная аппаратура военного назначения имеет еще более широкие области рабочих значений ВВ.

 Условия хранения допускают наиболее широкие диапазоны значений ВВ.  Например, для основного параметра Условия хранения допускают наиболее широкие диапазоны значений ВВ. Например, для основного параметра окружающей среды — температуры — в паспорте на прибор может быть записано: «. . . диапазон рабочих температур: О °° . . +40 °° С диапазон температур хранения: -10 °°. . . +6 О °° С» .

 ПРИМЕР. .   По По классу точности миллиамперметра найдена его основная ПРИМЕР. . По По классу точности миллиамперметра найдена его основная инструментальная погрешность Δо = ± 1, 0 м. А ; ; температура в ходе эксперимента была зафиксирована +28 °С. . Температурный коэффициент в паспорте на прибор определен таким образом: «. . . дополнительная погрешность на каждые 10 °° С отличия от номинальной температуры +20 °° С С равна основной погрешности в пределах изменения температуры окружающей среды от О °° до +50 °° С»

 Тогда предельное значение дополнительной абсолютной погрешности Δд в данном случае определяется следующим образом: Тогда предельное значение дополнительной абсолютной погрешности Δд в данном случае определяется следующим образом: Δд = Δо (28 °° -20 -20 °° ) /10 °° = = ± 1, 0*8 /10 = ± 0, 8 м. А

1. 3. 5. Методическая погрешность    Погрешность результата измерения определяется не только1. 3. 5. Методическая погрешность Погрешность результата измерения определяется не только классом точности СИ. Источниками недостоверности результата могут быть и другие причины. Рассмотрим примеры, поясняющие появление методической составляющей общей погрешности результата. Представим эксперимент по косвенному измерению мощности на активной нагрузке RR методом амперметра и вольтметра (рис. 1. 13, а а ). ).

Эксперимент по косвенному измерению мощности на активной нагрузке RR методом амперметра и вольтметра (рис.Эксперимент по косвенному измерению мощности на активной нагрузке RR методом амперметра и вольтметра (рис. 1. 13, а).

   Вольтметр в этой схеме реагирует на сумму ( Ur Ur + Вольтметр в этой схеме реагирует на сумму ( Ur Ur + + Ua. Ua ), т. е. на сумму падений напряжений на нагрузке RR и на внутреннем сопротивлении амперметра Ra. Ra . . Показания вольтметра Uv. Uv , , вычисленное РР и действительное Рд. Рд значения мощности, соответственно, равны: Uv. Uv = = Ia. Ia · · (( Ra+ R ) РР = = Uv. Uv ·· Ia. Ia Рд. Рд == I² · R

 В данном случае причина ошибки в наличии конечного (( хоть и малого, но В данном случае причина ошибки в наличии конечного (( хоть и малого, но не нулевого ) ) внутреннего сопротивления амперметра Ra. .

 Значение методической погрешности результата измерения мощности в абсолютном ΔΔ и относительном δδ видах Значение методической погрешности результата измерения мощности в абсолютном ΔΔ и относительном δδ видах оценивается: ΔΔ = Р-Рд = I²I² а а ·· Ra. Ra δδ = ( ΔΔ // Рд) ·· 100 = ( Ra. Ra // R)R) ·

ГЛАВА 2 ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ И ЦЕПЕЙ  Периодические сигналы электрических напряжений, токов,ГЛАВА 2 ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ И ЦЕПЕЙ Периодические сигналы электрических напряжений, токов, мощностей (как и некоторые элементы и характеристики электрических цепей) могут быть выражены числовыми значениями (параметрическое представление), могут быть описаны функциями (функциональное представление).

2. 1. ВРЕМЕННЫЕ ПАРАМЕТРЫ  Период  ТТ сигнала — длительность одного полного цикла2. 1. ВРЕМЕННЫЕ ПАРАМЕТРЫ Период ТТ сигнала — длительность одного полного цикла изменения сигнала, измеряется в единицах времени [секундах (с), (мс), (мкс) и т. д. ]. Частота ff сигнала — число периодов сигнала в единицу времени (в секунду). Частота — это величина, обратная периоду ff = 1/Т. .

 Основная единица измерения частоты — герц (Гц):      Основная единица измерения частоты — герц (Гц): 1 Гц = 1/с. Кратные единицы: килогерц (к. Гц), мегагерц (МГц) и др. В Европе номинальное значение частоты электрической сети ff = 50 Гц. При этом номинальное значение периода Т= 1/ ff = 1/50 = 0, 02 с = = 20 мс.

  Фазовый сдвиг φ  φ  ( характеризует относительный временной сдвиг двух Фазовый сдвиг φ φ ( характеризует относительный временной сдвиг двух синусоидальных сигналов одной частоты и выражается в градусах , ( φφ = 30°). Круговая (угловая) частота ωω связана с частотой ff соотношением: ω = 2π ff , измеряется в радианах в секунду (рад/с). Период ТТ сигнала при этом ТТ = 360° или Т= 2π радиан ( ππ = 3, 14).

 Для периодических сигналов,  близких по форме к прямоугольной,  к временным параметрам Для периодических сигналов, близких по форме к прямоугольной, к временным параметрам относят также длительность импульса ΔΔ tt ИИ и скважность QQ , представляющую собой отношение периода сигнала Т к длительности импульса ΔΔ tt ИИ : : QQ = = TT / Δ tt ИИ

ПАРАМЕТРЫ УРОВНЯ    К параметрам уровня относятся:  максимальное (амплитудное, пиковое), ПАРАМЕТРЫ УРОВНЯ К параметрам уровня относятся: максимальное (амплитудное, пиковое), среднее, среднее выпрямленное среднее квадратическое (действующее) значения сигнала.

 Самым важным и полезным для оценки особенностей электрического сигнала является среднее квадратическое (( Самым важным и полезным для оценки особенностей электрического сигнала является среднее квадратическое (( действующее ) значение — СКЗ (( Root Mea Square – – RMSRMS )— так как именно оно определяет способность совершать работу, действовать (нагревать, двигать, светить и т. п. ).

 Большинство измерительных приборов,  градуируются в средних квадратических (действующих) значениях при синусоидальном сигнале. Большинство измерительных приборов, градуируются в средних квадратических (действующих) значениях при синусоидальном сигнале. К параметрам уровня относятся : : коэффициенты амплитуды Ка. Ка и формы Кф. Кф , , коэффициент гармонических искажений, коэффициент мощности ( сосо ss φ φ ). ).

2. 1. 1. Напряжения и токи 2. 1. 1. Напряжения и токи

 На рис. 2. 3 показана разница в определении некоторых параметров уровня на примере На рис. 2. 3 показана разница в определении некоторых параметров уровня на примере периодического напряжения uu (( tt )) с периодом Т. Т. Среднее значение напряжения ( UU CC ) ) определяется по формуле UU CC = = 1/1/ T ∫u(t)dt Среднее выпрямленное значение напряжения ( UU СВСВ ) определяется по формуле UU СВСВ = 1/ T ∫ || u(t) || dtdt

   Если функции периодических (( необязательно синусоидальных ) ) сигналов напряжения uu Если функции периодических (( необязательно синусоидальных ) ) сигналов напряжения uu (( tt )) и тока ii (( tt )) известны, то усредненные на периоде ТТ средние квадратические (действующие) значения напряжения UU СКСК и тока II СКСК , вычисляются следующим образом: UU CC КК = = √ 1/ T ∫ u ²(t) dt II СС КК = = √ 1/ T ∫ I ²(t) dt

2. 1. 2. Коэффициенты амплитуды и формы   Характер периодического сигнала, его форма,2. 1. 2. Коэффициенты амплитуды и формы Характер периодического сигнала, его форма, степень его несинусоидальности могут быть в простейшем виде оценены : : коэффициентами амплитуды Ка Ка и и формы КФ: Ка = UU МАХМАХ / / UU CC КК ; КК ФФ = = UU CC К К / / UU СВСВ

Ка = 1, 41; КФ = 1, 11.  Ка  = 2; ККа = 1, 41; КФ = 1, 11. Ка = 2; К Ф = 1, 2 , Ка = 1; К Ф = 1.

2. 1. 3. Коэффициент мощности КМ  и  СОСО S φS φ 2. 1. 3. Коэффициент мощности КМ и СОСО S φS φ Два периодических сигнала одной частоты (напряжения и тока в цепи) могут быть сдвинуты во времени по отношению друг к другу на некоторый интервал ΔΔ tt. . Если сигналы синусоидальны, то можно говорить об угле сдвига фаз (фазовом сдвиге) φ (рис. 2. 5).

   Фазовый сдвиг φφ измеряется обычно в градусах,    Фазовый сдвиг φφ измеряется обычно в градусах, φφ = ( ΔΔ tt / / TT ) ) 360, гдегде Δ Δ t t — временной сдвиг между сигналами; Т —Т — период.

 Параметры   сс os os φφ и коэффициент мощности   КК Параметры сс os os φφ и коэффициент мощности КК ММ , , (Ро(Ро ww ег ег FF асас tortor — — PFPF ) ) определяют эффективность преобразования, передачи и использования электрической энергии. . Чем ближе к единице значения этих параметров, тем лучше (т. е. тем выше эффективность использования электрической энергии).

   Формально понятие сс os os φφ можно использовать только для синусоидальных Формально понятие сс os os φφ можно использовать только для синусоидальных сигналов. На практике им часто пользуются в предположении, что форма реальных сигналов достаточно близка к синусоиде.

 Для сигналов любых форм,  применяется понятие коэффициента мощности  КК ММ , Для сигналов любых форм, применяется понятие коэффициента мощности КК ММ , , который определяется отношением активной мощности РР к полной SS. Коэффициент КМ КМ , , находится так КК ММ =P/S =P /( U CC КК · · II СКСК ))

2. 1. 4. Мощность и энергия   Полная мощность  S S определяется2. 1. 4. Мощность и энергия Полная мощность S S определяется произведением действующих значений напряжения UU CC КК и тока II СКСК и равна геометрической сумме активной Р Р и и реактивной QQ ‚ мощностей: SS = = UU CC КК ·· II СКСК = √ ( P² + Q² ) Активная мощность PP — это та полезная составляющая полной мощности, которая потребляется (безвозвратно) нагрузкой, в отличие от

 PP еактивная мощность QQ - не потребляется,  а (как правило) бесполезно «гуляет» PP еактивная мощность QQ — не потребляется, а (как правило) бесполезно «гуляет» в цепи. В случае чисто реактивной нагрузки (активной составляющей полного сопротивления нет) в электрической цепи течет переменный ток, но энергия при этом не расходуется на полезную деятельность, а периодически преобразуется из электрической энергии в энергию магнитного или электрического поля и обратно. Реактивная мощность требует большего сечения проводников, нагревает провода и контакты, сушит изоляцию.

  В частном случае неизменных действующих значений синусоидальных напряжения UU CC КК и В частном случае неизменных действующих значений синусоидальных напряжения UU CC КК и и тока II СКСК ‚ периода Т Т , сдвига фаз φ ( между кривыми напряжения uu (( tt )) и и тока i(i( tt )) активная мощность Р и реактивная мощность QQ (как параметры, т. е. как значения, числа), соответственно, равны: PP = = UU CC КК II СКСК сс os os φφ ; ; QQ = = UU CC КК II СКСК sinsin φ φ

 Активная мощность Р Р  при неизменных действующих значениях напряжения и тока в Активная мощность Р Р при неизменных действующих значениях напряжения и тока в общем случае (для случая несинусоидальных, т. е. полигармонических сигналов) находится аналогично, но с учетом уже не сосо sφsφ , а коэффициента мощности К К ММ РР == UU CC КК ·· II СКСК ·· К К ММ

  Активная энергия WW (как значение, число), потребленная на некотором интервале  ΔΔ Активная энергия WW (как значение, число), потребленная на некотором интервале ΔΔ t t = = tt 2 — tt 11 , есть определенный интеграл функции мощности р(р( tt , ): WW = = ∫ р( tt )) dtdt

 В частном случае постоянной (т. е.  неизменного значения)  на на некотором В частном случае постоянной (т. е. неизменного значения) на на некотором интервале ΔΔ tt мощности РР потребленная активная энергия W W определяется простым произведением: WW == Р Р ΔΔ tt

2. 2. ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ПЕРИОДИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ    Периодический сигнал х(х( tt ))2. 2. ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ПЕРИОДИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ Периодический сигнал х(х( tt )) любой формы может быть функционально представлен по-разному, т. е. в различных областях. Чаще других применяют представление сигналов во временной (в (в которой сигнал представлен функцией времени) и в частотной (в которой сигнал представлен функцией частоты) областях.

2. 2. 1. Напряжения и токи    Для случая двух синусоидальных сигналов2. 2. 1. Напряжения и токи Для случая двух синусоидальных сигналов одной частоты, —- напряжения и тока в электрической цепи, функциональное представление во временной области выглядит следующим образом: uu ( ( tt ) = UU МАХ sin ωω tt ii (( tt ) ) = = I I МАХМАХ sinsin ( ( ωω tt + + φφ ), ), где φφ — фазовый сдвиг функции тока относительно функции напряжения.

    Временнная и частотная  (спектральная) области представления периодического сигнала связаны Временнная и частотная (спектральная) области представления периодического сигнала связаны прямым и обратным преобразованиями Фурье (ПФ) — Fourier Transform. . Прямое ПФ позволяет, зная временную функцию сигнала х(х( tt ), ), определить его спектр SS (( ff ). ). Обратное ПФ , наоборот, дает возможность, зная спектр сигнала найти временне представление (функцию) самого сигнала х(х( tt ). ).

 Спектральный состав напряжений и токов — одна из важных характеристик сигнала,  например, Спектральный состав напряжений и токов — одна из важных характеристик сигнала, например, при оценке качества поступающей электроэнергии и/или особенностей отдельных потребителей. Он отражает наличие и вклад (обычно в действующих значениях) гармоник более высокой частоты, чем основная 50 Гц.

 Качество электроэнергии в России нормируется:    ГОСТ 13109— 97 «Нормы качества Качество электроэнергии в России нормируется: ГОСТ 13109— 97 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения» .

2. 2. 2. Мощность и энергия     Мощность,  так же2. 2. 2. Мощность и энергия Мощность, так же как напряжение и ток, можно представить либо числом, либо функцией времени. Мощность, как функция времени р(t ), есть произведение периодических функций напряжения uu (( tt )) и и тока i(i( tt )) одной частоты: р(р( tt ) = uu (( tt )i()i( tt ). ). При этом частота данной также периодической функции р( tt ) вдвое выше частоты исходных сигналов (рис. 2. 7).

    В самом общем случае усредненная на периоде ТТ активная мощность В самом общем случае усредненная на периоде ТТ активная мощность РР (как значение, число) есть интеграл за период ТТ функции р(р( tt )) или интеграл произведения функций напряжения uu (( tt )) и тока i(i( tt ): ): P P = 1/ TT ∫ р( tt )) dt= 1/1/ TT ∫ ∫ uu (( tt )i()i( tt )) dtdt Графическая иллюстрация поведения мощности р(р( tt ) (функции времени) в зависимости от изменения фазового сдвига φ (для синусоидальных сигналов) показана на рис. 2. 8.

    Активная энергия , как и другие рассмотренные величины,  также Активная энергия , как и другие рассмотренные величины, также может быть представлена функцией времени ww (( tt )) (см. рис. 2. 9, 6). Если известно, как ведет себя функция активной мощности Р(Р( tt )) , и на некоторых интервалах времени ΔΔ tt ii ее значения известны и постоянны, то активную энергию WW потребленную. на интервале (( tt 1. . . tt 2)2) можно найти как сумму произведений ( РР ii ΔΔ titi ) (см. рис. 2. 9, 6): WW =∑ⁿ=∑ⁿ РР ii · · ΔΔ tt ii

 В общем случае, если функция активной мощности Р(Р( tt )) известна,  то В общем случае, если функция активной мощности Р(Р( tt )) известна, то энергия WW потребленная на некотором интервале (( tt 1. . . tt 2)2) определяется так: WW = = ∫ ∫ Р(Р( tt )) dt dt

 В В реальных технологических процессах при обычно изменяющейся во времени нагрузке (включение и В В реальных технологических процессах при обычно изменяющейся во времени нагрузке (включение и отключение нескольких различных потребителей электроэнергии) коэффициент мощности КК ММ (или сосо ss φφ меняется во времени и тоже может быть представлен функцией времени КК ММ ( ( tt ). ).

 На рис. 2. 10 приведен пример реальной диаграммы,  зарегистрированной на вводно-распределительном устройстве На рис. 2. 10 приведен пример реальной диаграммы, зарегистрированной на вводно-распределительном устройстве механического цеха промышленного предприятия в течение суток. Значения функции коэффициента мощности КК ММ (( tt )) менялись в довольно широком диапазоне — от 1, 0 до 0, 23.

2. 2. 3. Коэффициент мощности КМ и  сосо ss φ φ 2. 2. 3. Коэффициент мощности КМ и сосо ss φ φ

 Отметим, что отрицательные значения коэффициента мощности означали бы емкостной характер нагрузки.  Чем Отметим, что отрицательные значения коэффициента мощности означали бы емкостной характер нагрузки. Чем ближе значение к единице, тем лучше. . При чисто активных потребителях (идеализированный вариант) значение этого коэффициента было бы равно единице.

2. 3. ТРЕХФАЗНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ 2. 3. ТРЕХФАЗНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ

    Напряжения между нейтральным проводом N N и линейными проводами ( Напряжения между нейтральным проводом N N и линейными проводами ( UU AA , , UU BB , , UU CC )) называют фазными ( ( UU фф ), ), напряжения между линейными проводами UU ABAB U U вс вс UU САСА — — линейными ( ( UU ЛЛ ). ). В случае симметричных цепей соотношения между этими напряжениями: UU ЛЛ = √ 3 U фф UU ф = UU ЛЛ / / √√ 3 3 В симметричной схеме комплексные сопротивления нагрузки всех фаз ZZ AA , , ZZ BB , , ZZ CC одинаковы, все фазные напряжения одинаковы, все фазные токи одинаковы, все сдвиги фаз одинаковы: UU AA = U BB =U =U CC = U фф = U ЛЛ / / √√ 3 3 II AA =I =I BB = I CC = I= I ФФ = U фф / Z ФФ

2. 3. 2. Мощность и энергия в трехфазной цепи Если цепь симметрична и напряжения2. 3. 2. Мощность и энергия в трехфазной цепи Если цепь симметрична и напряжения синусоидальны, то суммарные активная РР , реактивная QQ ‚ и полная SS мощности определяются утроенными значениями соответствующих фазных (равных) мощностей: PP =3 =3 UU ФФ II ФФ cos φ = √ 3 UU ЛЛ II ЛЛ cos φ QQ =3 =3 UU ФФ II ФФ sin φ = √ 3 UU ЛЛ II ЛЛ sin φ SS = 3 UU ФФ II ФФ = √ 3 UU ЛЛ II ЛЛ

 При этом значение cos φ  есть отношение активного сопротивления RR ФФ комплексной При этом значение cos φ есть отношение активного сопротивления RR ФФ комплексной фазной нагрузки к ее полному сопротивлению ZZ ФФ : : cos φ = = RR ФФ / / ZZ ФФ В общем случае суммарная активная мощность РР потребления трехфазного приемника, если известны активные мощности всех фаз Р 1, Р 2, Р 3 , равна их сумме: Р Р ΣΣ = Р 1 + Р 2 + Р 3.

   Суммарная активная энергия WW  ΣΣ , ,  потребленная на Суммарная активная энергия WW ΣΣ , , потребленная на некотором интервале времени Δ Δ tt = = tt 1— 1— tt 0 0 есть определенный интеграл функции суммарной мощности РР ΣΣ (( tt )) WW ΣΣ = = ∫ ∫ РР ΣΣ (( tt )) dtdt. . В частном случае постоянной на некотором интервале ΔΔ tt мощности РР ΣΣ (( tt ) потребленная активная энергия WW ΣΣ , , определяется простым произведением: WW ΣΣ == Р Р ΣΣ (( tt )) Δ Δ tt

2. 4. КОМПЛЕКСНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ    В электроэнергетике, электротехнике,  электрических измерениях важным2. 4. КОМПЛЕКСНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ В электроэнергетике, электротехнике, электрических измерениях важным является понятие комплексного сопротивления ZZ. . Реальные нагрузки в электрических цепях переменного тока не бывают чисто активными или чисто реактивными. Детальная эквивалентная схема любого реального электрического устройства содержит как активные, так и реактивные элементы.

   В общем случае любая нагрузка ZZ может быть представлена отрезком наклонной В общем случае любая нагрузка ZZ может быть представлена отрезком наклонной прямой (рис. 2. 13), Проекция которой на действительную ось ( Real — — RR е) есть активная составляющая RR комплексного сопротивления. Проекция этой прямой на мнимую ось (( Imaginary — — Im. Im ) есть реактивная составляющая ХХ ZZ = = Re Re + + j j Im. Im действительная мнимая часть часть

    ZZ  =  =  RR   + ZZ = = RR + jj Х Х Активная Реактивная составляющаясоставляющая Скалярное значение комплексного сопротивления ZZ определяется геометрической суммой активной и реактивной составляющих: ZZ == √ ( R²R² + + ХХ ²² ))

2. 4. 1. Фазовый сдвиг   Комплексность сопротивления  нагрузки ZZ  приводит2. 4. 1. Фазовый сдвиг Комплексность сопротивления нагрузки ZZ приводит к фазовому сдвигу между периодическими напряжениями и токами в нагрузке , , значение которого зависит от количественного соотношения между активной и реактивной составляющими, а также от частоты сигналов. На рис. 2. 14 приведены некоторые наиболее распространенные примеры простых эквивалентных схем комплексных сопротивлений:

   активно-индуктивного характера (см. рис. 2. 14, а) и   активно-индуктивного характера (см. рис. 2. 14, а) и активно- емкостного характера (см. рис. 2. 14, б и в). В первом случае ток ii ( ( tt ) в нагрузке отстает от напряжения uu (( tt ) на угол φφ , , Во втором и третьем случаях ток опережает напряжение. . Фазовый сдвиг φ, φ, связан с временным сдвигом ΔΔ tt и периодом ТТ следующим соотношением: φφ = ( Δ Δ tt / / TT )·

 На рис. 2. 14. :  UU RR = = IRIR ; На рис. 2. 14. : UU RR = = IRIR ; ; UU LL = = IjωL ; ; UU CC = = II ( 1/ jωCjωC ); II RR = = UU / / RR ; ; II CC = = Ujω

2. 4. 2. Добротность и тангенс угла потерь    Для оценки близости2. 4. 2. Добротность и тангенс угла потерь Для оценки близости комплексных сопротивлений к «чистым» реактивностям (чистой индуктивности или чистой емкости) используют понятия добротность QQ ‚ и тангенс угла потерь tt gδgδ. . Чем больше численное значение добротности (или чем меньше tgδtgδ ), ), тем ближе комплексное сопротивление к идеальной реактивности. .

 Для эквивалентной схемы комплексного сопротивления индуктивного характера (см. рис.  2. 14, а), Для эквивалентной схемы комплексного сопротивления индуктивного характера (см. рис. 2. 14, а), чем больше значение добротности QQ ‚ (или, что то же, чем меньше значение tgδtgδ ), тем ближе комплексное сопротивление к идеальной индуктивности.

 Для последовательных эквивалентных схем (как, например, на рис. 2. 14, а и б) Для последовательных эквивалентных схем (как, например, на рис. 2. 14, а и б) добротность QQ ‚ определяется отношением реактивной ХХ составляющей комплексного сопротивления к его активной RR составляющей QQ = = Х/Х/ RR. . При этом тангенс угла потерь есть обратная величин tgδtgδ = 1/ QQ = = RR /Х. Для параллельных эквивалентных схем (как, например, на рис. 2. 14, в) добротность QQ ‚ определяется отношением активной составляющей комплексного сопротивления к его реактивной составляющей QQ == RR /Х/Х. .

    При этом тангенс угла потерь также есть обратная величина При этом тангенс угла потерь также есть обратная величина tgδtgδ = 1/ QQ = = Х/Х/ RR. . Значения добротности Q Q и тангенса угла потерь tgδtgδ не являются постоянными параметрами комплексного сопротивления, а зависят от частоты ω, напряжения (или тока).

2. 5. НЕСИНУСОИДАЛЬНОСТЬ ФОРМЫ СИГНАЛА   Реальные формы напряжений и токов не являются2. 5. НЕСИНУСОИДАЛЬНОСТЬ ФОРМЫ СИГНАЛА Реальные формы напряжений и токов не являются синусоидальными, а в той или иной степени искажены. Искажения определяются присутствием в сигналах гармоник , , т. е. других синусоидальных сигналов, частота которых выше основной. Чем значительнее амплитуды этих гармоник, тем сильнее искажения.

 Конкретная форма сигнала определяется суммой всех гармоник с учетом их фазовых сдвигов. Конкретная форма сигнала определяется суммой всех гармоник с учетом их фазовых сдвигов. Искажение формы сигналов также может характеризоваться или параметрически (числом), или функцией времени и (или) частоты.

2. 5. 1. Параметрическое представление    Действующее значение полигармонического (т. е. 2. 5. 1. Параметрическое представление Действующее значение полигармонического (т. е. содержащего много отдельных гармоник) сигнала есть геометрическая сумма действующих значений всех гармоник.

 Общее действующее значение несинусоидального сигнала напряжения определяется по формуле    UU Общее действующее значение несинусоидального сигнала напряжения определяется по формуле UU = √ ( U²U² OO + + U²U² 11 +…+ U²U² NN )) , , где UU OO — значение постоянной составляющей (если она присутствует); UU 11 , , UU 22 , …. . UU NN — — действующие значения, соответственно, первой, второй, . . . , NN -й гармоник.

 Количественно искажения могут быть интегрально оценены коэффициентом несинусоидальности формы кривой (коэффициентом искажения синусоидальности, Количественно искажения могут быть интегрально оценены коэффициентом несинусоидальности формы кривой (коэффициентом искажения синусоидальности, коэффициентом общих гармонических искажений — То tt а. I Наг mm оо nn iс iс Distortion — — THDTHD ). .

 В международном стандарте  IEC  555 значение Т HDHD определено как отношение В международном стандарте IEC 555 значение Т HDHD определено как отношение геометрической суммы действующих значений всех гармоник (кроме первой — основной) до некоторого номера N N кк геометрической сумме действующих значений всех гармоник ( включая первую ). ).

 Иногда несинусоидальность формы оценивают коэффициентом гармонических искажений ( ( КГИКГИ ) ) — Иногда несинусоидальность формы оценивают коэффициентом гармонических искажений ( ( КГИКГИ ) ) — отношением геометрической суммы действующих значений всех гармоник (кроме первой — основной) до некоторого номера NN к действующему значению основной (первой) гармоники.

    В соответствии с  ГОСТ 13 109— 97 «Нормы качества В соответствии с ГОСТ 13 109— 97 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначени я» я» допускается также определять коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения КК UU , , отношением геометрической суммы действующих значений всех гармоник, начиная со второй, к номинальному действующему значению фазного напряжения UU НОМНОМ

 При любом варианте задания несинусоидальности коэффициенты,  характеризующие искажения, выражаются в процентах. При любом варианте задания несинусоидальности коэффициенты, характеризующие искажения, выражаются в процентах. Числовое значение коэффициента несинусоидальности кривой (коэффициента гармонических искажений или ТТ HDHD )) )) не не позволяет судить о конкретной форме сигнала, а говорит только о количественном вкладе высших гармоник. .

2. 5. 2. Функциональное представление   Несинусоидальность формы тока и напряжения объясняется тем,2. 5. 2. Функциональное представление Несинусоидальность формы тока и напряжения объясняется тем, что сигналы являются суммой нескольких гармоник (синусоид) различных частот и амплитуд. Чем больше этих составляющих и чем больше их амплитуда, тем значительнее искажения. Идеальный (синусоидальный) сигнал состоял бы только из одной гармоники — первой (основной )

  Конкретная форма сигнала определяется простым суммированием синхронных текущих мгновенных значений всех исходных Конкретная форма сигнала определяется простым суммированием синхронных текущих мгновенных значений всех исходных гармоник. В данном случае, т. е. при таком наборе гармоник и таком варианте их фазовых сдвигов, форма сигнала выглядит так, как показано на рис. 2. 16.

   Различия в формах суммарных сигналов,  состоящих из совершенно одинаковых комплектов Различия в формах суммарных сигналов, состоящих из совершенно одинаковых комплектов гармонических составляющих ( рис. 2. 17) вызваны различием начальных фаз исходных гармоник, т. е. разным временным расположением гармоник. Конкретная несинусоидальность (искажение формы) сигналов определяется не только числом исходных гармоник, их амплитудами и частотами, но и начальным фазовым сдвигом, т. е. их фазовым спектром.

   Качество электроэнергии определяет  возможности технологического процесса (особенно,  при применении Качество электроэнергии определяет возможности технологического процесса (особенно, при применении высоких технологий), производительность оборудования, устойчивость и надежность его работы, общие потери энергии и затраты, и в итоге — качество и стоимость продукции объекта. . Лампы накаливания, или электрические нагреватели не реагируют на большинство типичных искажений сетевого напряжения.

  Капризны и требуют высокого качества электрической энергии:  станки с числовым программным Капризны и требуют высокого качества электрической энергии: станки с числовым программным управлением, роботизированные комплексы, микропроцессорные контроллеры, оргтехника, персональные компьютеры и др. . Чем выше технологическая культура, тем больше доля таких чувствителъных к качеству электрической энергии объектов. Незначительные искажения сети могуг приводить к серьезным последствиям.

   В процессе передачи, распределения,  преобразования и потребления электрической энергии в В процессе передачи, распределения, преобразования и потребления электрической энергии в электрических сетях и цепях основные параметры переменного сигнала — носителя энергии — могут меняться. . Форма кривой напряжения , , вырабатываемого электрическими станциями, достаточно близка к синусоидальной и частота сигнала несильно отличается от 50 Гц.

 Но специфический потребитель (мощный электропривод технологического объекта с тиристорным управлением) может сильно изменить Но специфический потребитель (мощный электропривод технологического объекта с тиристорным управлением) может сильно изменить форму напряжения. Виновниками ухудшения качества электроэнергии могут выступать как энергоснабжающие организации, так и потребители со специфической нагрузкой. .

 В значительном отклонении частоты сети от номинала виноват поставщик энергии , , В значительном отклонении частоты сети от номинала виноват поставщик энергии , , а в сильной несинусоидальности — скорее всего потребитель с нелинейной нагрузкой. .

 Качество электроэнергии в России нормируется ГОСТ 13109— 97 «Нормы качества электрической энергии в Качество электроэнергии в России нормируется ГОСТ 13109— 97 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения» .

   К основным показателям качества электроэнергии (ПКЭ) относятся:  отклонение напряжения; К основным показателям качества электроэнергии (ПКЭ) относятся: отклонение напряжения; колебания напряжения; несинусоидальность напряжения; несимметрия напряжения; отклонение частоты; провал напряжения; импульс напряжения временное перенапряжение. .

 Стандарт устанавливает требования к основным ПКЭ. Если режимы работы электрической сети нормальные, то Стандарт устанавливает требования к основным ПКЭ. Если режимы работы электрической сети нормальные, то значения ПКЭ не выходят за пределы нормальных значений.

3. 3.  ЭЭ ЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ   Любой ЭИП состоит из ряда3. 3. ЭЭ ЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ Любой ЭИП состоит из ряда функциональных преобразователей, каждый из которых решает свою элементарную задачу в цепи преобразований.

  Так, самый простейший прибор  прямого преобразования (вольтметр,  амперметр) состоит из Так, самый простейший прибор прямого преобразования (вольтметр, амперметр) состоит из трех основных преобразователей : : измерительной цепи (ИЦ), измерительного механизма (ИМ) и отсчетного устройства (ОУ) (рис. ).

 Измерительная цепь обеспечивает преобразование электрической измеряемой величины ХХ в промежуточную электрическую величину YY Измерительная цепь обеспечивает преобразование электрической измеряемой величины ХХ в промежуточную электрическую величину YY (ток или напряжение), функционально связанную с измеряемой величиной и непосредственно воздействующую на измерительный механизм. Измерительный механизм является электромеханическим преобразователем, осуществляющим преобразование электрической величины YY в наглядное аналоговое показание

  На магнитном воздействии электрического тока основаны: магнитоэлектрический,  электромагнитный,  индукционный, На магнитном воздействии электрического тока основаны: магнитоэлектрический, электромагнитный, индукционный, Электродинамический, вибрационный ИМ; на тепловом воздействии электрического тока — биметаллический и тепловой ИМ. На взаимодействии заряженных электродов, находящихся под напряжением, основан принцип работы электростатического ИМ.

 Отсчетное устройство  состоит из указателя, жестко связанного с подвижной частью ИМ, и Отсчетное устройство состоит из указателя, жестко связанного с подвижной частью ИМ, и неподвижной шкалы. Указатели бывают стрелочные (механические) и световые. Шкала — совокупность отметок в виде штрихов, расположенных вдоль линии, по которым определяют числовое значение измеряемой величины. Шкалы градуируют в единицах измеряемой величины (именованная шкала), либо в делениях (неименованная шкала). В общем случае на подвижную часть ИМ при ее движении воздействуют вращающий момент ММ , , моменты: противодействующий ММ и и успокоения ММ

ШКАЛЫ ПРИБОРОВ ШКАЛЫ ПРИБОРОВ

ШКАЛА АНАЛОВОГО ПРИБОРА ШКАЛА АНАЛОВОГО ПРИБОРА

   Делением шкалы называется промежуток ΔΔ ll между двумя соседними отметками шкалы Делением шкалы называется промежуток ΔΔ ll между двумя соседними отметками шкалы Длина деления шкалы — — расстояние между осями двух соседних отметок. Цена деления шкалы — разность значений величины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы

   Отсчетом называют число,  определенное по отсчетному устройству.  Показание прибора Отсчетом называют число, определенное по отсчетному устройству. Показание прибора — — значение величины, определяемое по отсчетному устройству и выраженное в принятых единицах этой величины

 Диапазон показаний (ДП) — область значений шкалы, ограниченная конечным (наибольшим) и начальным (наименьшим) Диапазон показаний (ДП) — область значений шкалы, ограниченная конечным (наибольшим) и начальным (наименьшим) значениями физической величины, указанными на шкале.

 Диапазон измерений (ДИ) — область значений измеряемой величины, для которой нормирована погрешность средства Диапазон измерений (ДИ) — область значений измеряемой величины, для которой нормирована погрешность средства измерений. Предел измерений — — наибольшее или наименьшее значение диапазона измерений.

 Вращающий момент для ИМ,  использующих силы электромагнитного поля    Вращающий момент для ИМ, использующих силы электромагнитного поля ММ вр = dd WW м / dd αα (3. 1) где dd WW мм — изменение запаса энергии и магнитного поля; αα — — угол отклонения подвижной части

 Противодействующий момент в в электромеханических приборах необходим для создания соответствия измеряемой величины определенному Противодействующий момент в в электромеханических приборах необходим для создания соответствия измеряемой величины определенному отклонения подвижной части. В аналоговых электромеханических приборах противодействующий момент создается либо при помощи спиральных пружин (растяжек и подвесов), либо за счет энергии электромагнитного поля (в логометрах).

 В случае, когда противодействующий  момент создается спиральной пружинкой.    В случае, когда противодействующий момент создается спиральной пружинкой. ММ пр = WW ·· αα (3. 2) где W W – удельный противодействующий момент, зависящий от геометрических размеров и материала пружины (растяжек).

 Момент успокоения  является моментом сил сопротивления движению,  направлен всегда навстречу движению Момент успокоения является моментом сил сопротивления движению, направлен всегда навстречу движению подвижной части ИМ и пропорционален угловой скорости отклонения: ММ усп = Р Р (( d d αα / / dtdt ) ) (3. 3) где РР — коэффициент успокоения (демпфирования).

 В ИМ наиболее часто применяют магнитоиндукционные и воздушные  успокоители, а для создания В ИМ наиболее часто применяют магнитоиндукционные и воздушные успокоители, а для создания очень большого успокоения — жидкостные успокоители.

 Несмотря на большое разнообразие конструкций и типов приборов все они имеют ряд общих Несмотря на большое разнообразие конструкций и типов приборов все они имеют ряд общих узлов и деталей. Такими деталями являются: корпус, шкала, указатель устройства для установки и уравновешивания подвижной части, создания противодействующего момента и успокоения, корректор и в высокочувствительных приборах — арретир.

УСПОКОИТЕЛИ  ИМИМ УСПОКОИТЕЛИ ИМИМ

Физика работы магнитоиндукционного успокоителя    Работа магнитоиндукционного  успокоителя основана на взаимодействииФизика работы магнитоиндукционного успокоителя Работа магнитоиндукционного успокоителя основана на взаимодействии индукционного тока, возбужденного в металлической подвижной части прибора при ее перемещении в магнитном поле постоянного магнита. Пусть диск тормоза перемещается — вправо. Направление индукционного тока по правилу «правой руки» -от нас, что на рис обозначено плюсом +. На проводник с током в магнитном поле действует сила Ампера. N S

 По правилу «левой руки» эта сила FF  будет направлена -  влево По правилу «левой руки» эта сила FF будет направлена — влево , , т. е. в противоположную сторону от движения диска тормоза. Диск тормозится — — гасятся колебания стрелки.

3. 2. 1. Приборы магнитоэлектрической системы   Конструкция и принцип действия. 3. 2. 1. Приборы магнитоэлектрической системы Конструкция и принцип действия.

   На рис. 3. 2 упрощенно показана конструкция механизма такой системы, которая На рис. 3. 2 упрощенно показана конструкция механизма такой системы, которая содержит преобразователь электрической величины (входного измеряемого тока) в механическую (угол отклонения) и отсчетное устройство (указатель и шкалу).

 Постоянный магнит 1, магнитопровод 2 и цилиндрический сердечник З из магнитомягкого материала создают Постоянный магнит 1, магнитопровод 2 и цилиндрический сердечник З из магнитомягкого материала создают равномерное радиальное магнитное поле в воздушном зазоре, в котором расположена и может поворачиваться рамка 4 с измеряемым током.

 Рамка (несколько десятков витков медного провода) жестко связана с осью 5, на которой Рамка (несколько десятков витков медного провода) жестко связана с осью 5, на которой закреплена стрелка 7. Эти элементы образуют подвижную часть механизма. Как известно, на проводник с током, находящийся в магнитном поле, действует сила.

 При протекании измеряемого тока II в в рамке, находящейся в магнитном поле зазора, При протекании измеряемого тока II в в рамке, находящейся в магнитном поле зазора, возникает вращающий момент ММ , равный произведению индукции ВВ магнитного поля в зазоре, активной (т. е. находящейся в магнитном поле) площади рамки SS , числу витков ww и и току I I в рамке: М =М = B·S·w· I. I.

   Отсчетное устройство — стрелка 7 и шкала 8— преобразует угол отклонения Отсчетное устройство — стрелка 7 и шкала 8— преобразует угол отклонения (поворота) рамки αα в показания (отсчет). Спиральная пружина б служит для создания противодействующего момента М ПРПР : ММ ПРПР = = α α ΩΩ , , где αα — угол поворота подвижной части; ΩΩ — удельный противодействующий момент.

 Вращающий момент заставляет рамку поворачиваться. Противодействующий момент направлен навстречу вращающему.   Вращающий момент заставляет рамку поворачиваться. Противодействующий момент направлен навстречу вращающему. В процессе поворота рамки противодействующий момент ММ ПРПР , , пропорционально растет. Это происходит до тех пор, пока моменты не станут равными. При ММ ПРПР = М , , BSw II = = α α ΩΩ. . Следовательно, угол поворота αα имеет вид α = ( BSw II ) / ΩΩ

   Амперметры и вольтметры. .  Для измерения малых токов (до 100 Амперметры и вольтметры. . Для измерения малых токов (до 100 м. А) используются непосредственно магнитоэлектрические измерительные механизмы. Если требуется измерять токи, превосходящие ток полного отклонения механизма, то применяются шунты (точные резисторы с малым сопротивлением: десятые — тысячные доли Ома) – рис. 3. 3, а.

 При этом через измерительный механизм (ИМ) течет ток II ММ , , При этом через измерительный механизм (ИМ) течет ток II ММ , , представляющий собой только часть измеряемого тока II. . Зная соотношение между сопротивлениями рамки ИМ и шунта RR ШШ , можно переградуировать шкалу прибора или пересчитать показания в результат измерения.

 Схема магнитоэлектрического вольтметра приведена на рис. 3. 3, 6.  Схема магнитоэлектрического вольтметра приведена на рис. 3. 3, 6.

 Последовательно с ИМ включается резистор RR VV с достаточно большим сопротивлением. добавочные резисторы Последовательно с ИМ включается резистор RR VV с достаточно большим сопротивлением. добавочные резисторы R R Д 1 Д 1 и и RR Д 2 Д 2 обеспечивают несколько диапазонов измерения напряжения UU VV (( UVUV 33 > > UU VV 22 > > UU VV 11 ). Ток II через ИМ на любом диапазоне не должен превосходить номинального значения II НОМНОМ для механизма

   Пример организации многопредельного вольтметра   Имеется МЭ механизм с сопротивлением Пример организации многопредельного вольтметра Имеется МЭ механизм с сопротивлением RR ИМИМ = 10 Ом и номинальным током II НОМНОМ = = 0, 001 А. Для организации на базе такого механизма вольтметра с диапазоном измерения UU 11 = 1 В необходимо включить последовательно с механизмом резистор RR VV , , с таким сопротивлением, которое обеспечит при измеряемом напряжении UU 11 = 1 В ток через механизм II НОМНОМ = 1, 0 м. А. Найдем значение этого сопротивления RR VV = ( UU 11 / / II НОМНОМ ) — R ИМИМ = = = (1: 0, 001) — 10 = 990 Ом. .

 Имеем МЭ вольтметр с диапазоном измерения UU 11 = 1 В и с Имеем МЭ вольтметр с диапазоном измерения UU 11 = 1 В и с внутренним сопротивлением RR ВНВН = = RR ИИ м + RR VV , , = 1 к. Ом, то для расширения предела измерения до UU 22 = 10 В необходимо включить последовательно добавочный резистор сопротивлением RR Д 1 Д 1 = 9 к. Ом.

 Для расширения предела измерения до до UU 33 = 100 В (т. е. Для расширения предела измерения до до UU 33 = 100 В (т. е. организации еще одного диапазона) необходимо подключить последовательно с имеющимся резистором RR Д 1 еще один добавочный резистор RR дд 22 = 90 к. Ом. Таким образом, получаем схему многопредельного вольтметра постоянного тока (см. рис. 3. 3, 6).

   Особенности магнитоэлектрических приборов. .    Приборы МЭ системы, по Особенности магнитоэлектрических приборов. . Приборы МЭ системы, по сравнению с другими электромеханическими приборами, имеют ряд Преимуществ : : более высокие точность и чувствительность; равномерная (линейная) шкала; сравнительно малое собственное потребление энергии от источника сигнала; практическое отсутствие влияния внешних магнитных полей (так как собственное поле в зазоре значительно).

 Недостатки:   Это возможность работы ИМ только на постоянном токе;  сравнительная Недостатки: Это возможность работы ИМ только на постоянном токе; сравнительная сложность реальной конструкции; заметная чувствительность к перегрузкам, механическим воздействиям, ударам, вибрации; изменение упругих свойств пружины со временем зависимость показаний от изменения температуры окружающей среды.

3. 2. 2. Приборы выпрямительной системы   Приборы МЭ системы могут быть использованы3. 2. 2. Приборы выпрямительной системы Приборы МЭ системы могут быть использованы только для работы с постоянными напряжениями и токами. Для работы в цепях переменного тока им требуются преобразователи переменного тока в постоянный — выпрямленный (детекторы).

   Могут применяться разные типы детекторов: амплитудного значения,  среднего выпрямленного значения, Могут применяться разные типы детекторов: амплитудного значения, среднего выпрямленного значения, среднего квадратического (действующего) значения. . Наиболее распространены в простых аналоговых электромеханических приборах детекторы среднего выпрямленного значения как самые простые и дешевые.

 На рис. 3. 4, а показан вариант схемы вольтметра переменного напряжения с двухполупериодным На рис. 3. 4, а показан вариант схемы вольтметра переменного напряжения с двухполупериодным выпрямителем На рис. 3. 4, 6—временные диаграммы входного напряжения uu (( tt )) и выпрямленного тока ii ВВ (( tt )) через магнитоэлектрический ИМ.

 Выпрямитель образован мостом из четырех полупроводниковых диодов VDVD 1, 1,  VDVD 22 Выпрямитель образован мостом из четырех полупроводниковых диодов VDVD 1, 1, VDVD 22 , , VDVD З, З, VDVD 4, 4, включенных таким образом, что выпрямленный ток ii ВВ (( tt )) через ИМ всегда течет в одну сторону, независимо от полярности входного напряжения

   Если на каком-то интервале времени на верхнем входном зажиме (см. рис. Если на каком-то интервале времени на верхнем входном зажиме (см. рис. 3. 4, а) положительный потенциал, то открываются диоды VDVD 1 и VDVD З, а диоды VDVD 2 и VDVD 4 4 закрыты, и ток через ИМ течет справа налево. Если положительный потенциал на нижнем входном зажиме, то открываются диоды VDVD 2 и VDVD 4 (при этом диоды VDVD I и VDVD З закрыты), и ток через ИМ также течет справа налево.

   И хотя вращающий момент является меняющейся функцией выпрямленного тока, но вследствие И хотя вращающий момент является меняющейся функцией выпрямленного тока, но вследствие значительной механической инерционности подвижной части ИМ показания прибора при частотах выше 10 Гц равны среднему значению текущего в рамке тока ii ВВ (( tt ), ), т. е. равны среднему выпрямленному значению I. I.

 Добавочньтй резистор RR ДД , во-первых,  устанавливает связь между входным напряжением и Добавочньтй резистор RR ДД , во-первых, устанавливает связь между входным напряжением и номинальным током МЭ механизма и, во-вторых, обеспечивает достаточно высокое входное сопротивление вольтметра. Показания вольтметра пропорциональны среднему выпрямленному значению входного напряжения uu (( tt ). ).

 Помимо рассмотренной схемы,  применяются и более дешевые решения двухполупериодного выпрямления,  например Помимо рассмотренной схемы, применяются и более дешевые решения двухполупериодного выпрямления, например такие, как на рис. 3. 4, в (сопротивления резисторов RR 11 и и RR 22 равны). В некоторых простых приборах применяется и однополупериодное выпрямление (рис. 3. 5, а). При этом значение сопротивления резистора RR выбирают равным сопротивлению рамки ИМ.

 Схемы, показанные на рис. 3. 4 и 3. 5,  лежат в основе Схемы, показанные на рис. 3. 4 и 3. 5, лежат в основе большинства аналоговых многофункциональных измерительных приборов — тестеров. Расширение диапазонов измерения вольтметров реализуется подключением (переключением) различных добавочных резисторов.

 Такие вольтметры и амперметры реагируют именно на среднее выпрямленное значение переменного сигнала, Такие вольтметры и амперметры реагируют именно на среднее выпрямленное значение переменного сигнала, а не на действующее

3. 2. 3. Приборы термоэлектрической системы 3. 2. 3. Приборы термоэлектрической системы

  Термоэлектрические (ТЭ) измерительные приборы основаны на преобразовании электрической энергии в тепловую и Термоэлектрические (ТЭ) измерительные приборы основаны на преобразовании электрической энергии в тепловую и затем вновь в электрическую. Приборы этой системы состоят из термоэлектрического преобразователя (ТП) и магнитоэлектрического измерительного механизма.

 Термоэлектрический преобразователь представляет собой объединение нагревателя (тонкая проволока из нихрома или константана) и Термоэлектрический преобразователь представляет собой объединение нагревателя (тонкая проволока из нихрома или константана) и термопары (рис. 3. 6, а). Термо. ЭДС термопары ее TT зависит от температуры ее рабочего спая, т. е. от температуры нагревателя, которая, в свою очередь определяется действующим значением протекающего по нему тока ii (( tt ))

 Протекающий по нагревателю ТП ток i(i( tt )) (переменный или постоянный) нагревает рабочий Протекающий по нагревателю ТП ток i(i( tt )) (переменный или постоянный) нагревает рабочий спай термопары до температуры, пропорциональной квадрату действующего значения этого тока.

 Свободные концы термопары подключаются к магнитоэлектрическому ИМ (рис. 3. 6, 6). Ток I Свободные концы термопары подключаются к магнитоэлектрическому ИМ (рис. 3. 6, 6). Ток I I MM , текущий через ИМ: II MM = = ee TT / / RR где ee TT — термо. ЭДС термопары; RR — — суммарное сопротивление термопары и ИМ.

 Показание прибора αα  определяется по следующей формуле:     Показание прибора αα определяется по следующей формуле: α = k·I² где kk — коэффициент пропорциональности, определяемый особенностями конструкции ТП; II — действующее значение измеряемого тока i(i( tt ). ).

 Расширение диапазонов измерения ТЭ амперметров в сторону увеличения значений осуществляется с помощью измерительных Расширение диапазонов измерения ТЭ амперметров в сторону увеличения значений осуществляется с помощью измерительных трансформаторов тока. Для расширения пределов ТЭ вольтметров применяют добавочные резисторы с различными сопротивлениями.

 К достоинствам ТЭ приборов можно отнести следующие:  •  •  работа К достоинствам ТЭ приборов можно отнести следующие: • • работа как с постоянными, так и с переменными токами и напряжениями; • • реакция на истинное среднее квадратическое (действующее) значение независимо от формы сигнала; • • широкий диапазон частот измеряемых сигналов (до десятков мегагерц); • • сравнительно высокая точность приборов (типичные классы точности 1, 0. . . 1, 5).

 К недостаткам ТЭ приборов относятся:  •  •  невысокое быстродействие в К недостаткам ТЭ приборов относятся: • • невысокое быстродействие в силу значительной тепловой инерционности ТП; • • заметное собственное потребление приборов от источника исследуемого сигнала; • • неравномерность (квадратичность) шкалы приборов; • • зависимость точности от изменения температуры свободных концов термопары; • • малая перегрузочная способность. Обозначение термоэлектрических приборов на шкалах:

33. 2. 4. Приборы электромагнитной системы В щитовых измерительных приборах,  предназначенных для работы33. 2. 4. Приборы электромагнитной системы В щитовых измерительных приборах, предназначенных для работы в электрических цепях переменного тока промышленной частоты, широко применяется электромагнитная (ЭМ) система, которая имеет ряд преимуществ перед магнитоэлектрической.

 Конструкция и принцип действия. В. В основе самой простой конструкции (рис. 3. 7) Конструкция и принцип действия. В. В основе самой простой конструкции (рис. 3. 7) этого ИМ полая катушка с измеряемым током II (или с током, пропорциональным измеряемому напряжению UU в случае вольтметра). Протекающий по катушке 1 ток создает магнитный поток, который притягивает (втягивает внутрь катушки) сердечник 4, выполненный из магнитомягкого материала и закрепленный на оси 2.

   При этом возникает вращающий момент ММ , равный производной энергии этой При этом возникает вращающий момент ММ , равный производной энергии этой электромеханической системы по углу поворота α: MM = (½) I²I² d. L / / dd αα где I—I— действующее значение тока в катушке; L L — индуктивность катушки; α — угол поворота сердечника.

 Спиральная пружина З служит для создания противодействующего момента MM ПРПР   Спиральная пружина З служит для создания противодействующего момента MM ПРПР MM ПРПР = α ΩΩ , , где ΩΩ — удельный противодействующий момент. Моменты М М ии М М ПРПР , направлены навстречу другу. С ростом угла поворота α противодействующий момент ММ ПРПР пропорционально растет. Это происходит до тех пор пока моменты не станут равными.

   При М = М ПРПР , ,    При М = М ПРПР , , (½) I²I² ·· d. L / / dd α= α= α α ΩΩ Следовательно, угол поворота α = [ I²I² ·· d. L / / d d αα ] / 2 ΩΩ Отсчетное устройство — стрелка 5 и шкала 6 — преобразует угол поворота сердечника в показания (отсчет).

  Амперметры и вольтметры.  В основе конструкции амперметров ЭМ системы лежит катушка, Амперметры и вольтметры. В основе конструкции амперметров ЭМ системы лежит катушка, состоящая из нескольких секций (рис. 3. 8, а), переключением которых можно изменять пределы измерения токов: I 1 > II 2> I 3. В простейшей схеме вольтметра последовательно с катушкой включается добавочный резистор RR VV , , (рис. 3. 8, 6).

 В такой схеме с ростом частоты  напряжения ωω  линейно растет индуктивное В такой схеме с ростом частоты напряжения ωω линейно растет индуктивное сопротивление Х LL катушки измерительного механизма: Х LL = = jωLjωL При этом растет суммарное сопротивление цепи, ток в катушке падает, что приводит к уменьшению показаний прибора.

 Для поддержания полного комплексного сопротивления примерно постоянным в достаточно широком диапазоне частот в Для поддержания полного комплексного сопротивления примерно постоянным в достаточно широком диапазоне частот в схему вольтметра (рис. 3. 8, в) вводится цепь частотной коррекции (конденсатор Ск. Ск и резистор RR КК ), ), сопротивление которой с ростом частоты падает, компенсируя возрастание сопротивления катушки. С помощью добавочных резисторов RR д. I и RR д 2 обеспечивается возможность работы в нескольких диапазонах измерения напряжения.

   Особенности ЭМ приборов. .       Достоинства. Особенности ЭМ приборов. . Достоинства. . Приборы электромагнитной системы могут быть использованы для измерения и постоянных, и переменных напряжений и токов. Приборы реагируют на истинное среднее квадратическое (действующее) значение переменного сигнала независимо от его формы (в (в пределах своего сравнительно неширокого частотного диапазона)

 Приборы этой системы выдерживают значительные перегрузки (возможны двух- и трехкратные перегрузки ), имеют Приборы этой системы выдерживают значительные перегрузки (возможны двух- и трехкратные перегрузки ), имеют сравнительно простую конструкцию надежны и дешевы. ЭМ приборы — это самые распространенные щитовые приборы.

    Недостатки приборов ЭМ ЭМ  системы:  •  • Недостатки приборов ЭМ ЭМ системы: • • нелинейная (квадратичная) шкала; • • узкий частотный диапазон измеряемых сигналов (сотни герц — единицы килогерц); • • заметное влияние внешних магнитных полей; • • невысокий класс точности (типично — 1, 5. . . 2, 5 %). Обозначение приборов ЭМ системы на шкалах:

3. 2. 5. Приборы электродинамической системы Конструкция и принцип действия. .  На рис.3. 2. 5. Приборы электродинамической системы Конструкция и принцип действия. . На рис. 3. 9 приведена упрощенная конструкция электродинамического (ЭД) измерительного механизма. Неподвижная катушка 1 с током II 11 разделена на две части. Подвижная катушка 2 с током II 22 закреплена на оси З внутри неподвижной катушки. Спиральная пружина 4 служит для создания противодействующего момента.

 Принцип действия основан на взаимодействии магнитных потоков двух катушек с токами II 11 Принцип действия основан на взаимодействии магнитных потоков двух катушек с токами II 11 и и II 22 . Протекающие по катушкам токи создают магнитные потоки, которые стремятся принять одно направление, при этом подвижная катушка поворачивается внутри неподвижной. Вращающий момент М для постоянных токов: MM = = II 11 II 22 ( ( d. L 1 -21 -2 / / dαdα ), ), где LL 1 -21 -2 — взаимная индуктивность катушек; α — угол поворота подвижной части.

 Электродинамические приборы могут быть использованы в цепях как постоянного, так и переменного тока Электродинамические приборы могут быть использованы в цепях как постоянного, так и переменного тока

  При синусоидальных токах вращающий момент определяется по формуле:  ММ = I При синусоидальных токах вращающий момент определяется по формуле: ММ = I 11 ·I ·I 22 cos φ(d. L 1 -21 -2 /dα ), где II 11 , , II 22 — — действующие значения переменных токов в катушках; φφ — угол сдвига фаз между токами в катушках.

 На базе ЭД механизма выпускаются амперметры, вольтметры, ваттметры,  фазометры.   На базе ЭД механизма выпускаются амперметры, вольтметры, ваттметры, фазометры. Амперметры и вольтметры. Схема с последовательным соединением катушек, приведенная на рис. 3. 10, а, применяется в миллиамперметрах. Схема рис. 3. 10, б. с параллельным соединением катушек используется в амперметрах на токи более 0, 5 А.

 В схеме вольтметра использовано последовательное соединение катушек (рис. 3. 11).   В схеме вольтметра использовано последовательное соединение катушек (рис. 3. 11). Резистор RR VV служит для повышения входного сопротивления прибора. добавочные резисторы RR д 1 д 1 ии RR д 2 д 2 обеспечивают возможность работы в нескольких диапазонах (значения номинальных входных напряжений UU VV 33 >> UU VV 22 > > UU VV 11 ). ).

 Здесь, как и в вольтметрах электромагнитной системы, индуктивное сопротивление катушек растет с ростом Здесь, как и в вольтметрах электромагнитной системы, индуктивное сопротивление катушек растет с ростом частоты измеряемого сигнала. . Поэтому для поддержания полного комплексного сопротивления примерно постоянным в некотором диапазоне частот, как и в случае с ЭМ приборами, применяется частотная коррекция (конденсатор С КК и резистор RR КК ). ).

   Ваттметры.  На базе ЭД механизма выпускаются различные типы приборов, но Ваттметры. На базе ЭД механизма выпускаются различные типы приборов, но основное применение этот принцип нашел в ваттметрах. Произведение двух токов в выражении вращающего момента является основой для построения ваттметров на основе ЭД механизмов.

 Если в одной катушке ток равен току, текущему в нагрузку , а Если в одной катушке ток равен току, текущему в нагрузку , а во во второй катушке ток пропорционален напряжению на нагрузке, то показания прибора будут пропорциональны активной мощности. . Схема включения ваттметра приведена на рис. 3. 12. Цепь катушки напряжения содержит элементы частотной коррекции (конденсатор С КК и резистор RR КК ). ).

 Особенности ЭД приборов. .  К К достоинствам ЭД приборов относятся следующие: Особенности ЭД приборов. . К К достоинствам ЭД приборов относятся следующие: высокая точность (до 0, 1 %); возможность работы как на постоянном, так и на переменном токе; амперметры и вольтметры этой системы реагируют на на действующее значение переменного тока или напряжения.

 Недостатками являются:  •  •  сравнительно невысокая чувствительность;  • Недостатками являются: • • сравнительно невысокая чувствительность; • • возможное влияние внешних магнитных полей (что может потребовать экранирования механизма); • • заметное влияние температуры окружающей среды на сопротивление катушек и, как следствие, на показания прибора;

 •  •  значительная собственная мощность потребления энергии от источника сигнала; • • значительная собственная мощность потребления энергии от источника сигнала; • • нелинейная (квадратичная) шкала; • • ограниченный частотный диапазон (1. . . 5 к. Гц). Обозначение ЭД системы на шкалах приборов: Обозначение ЭД системы с магнитным экранированием механизма:

   Существует разновидность конструкции, в которой магнитные потоки катушек замыкаются не по Существует разновидность конструкции, в которой магнитные потоки катушек замыкаются не по воздуху, как в классическом варианте, а по вспомогательным магнитопроводам. Это так называемая ферродинамическая (ФД) система.

 Благодаря заметному уменьшению магнитного сопротивления значительно возрастает вращающий момент механизма , , Благодаря заметному уменьшению магнитного сопротивления значительно возрастает вращающий момент механизма , , поэтому может быть снижена мощность собственного потребления прибора и (или) повышена его чувствительность.

 Кроме того,  наличие магнитопроводов ослабляет влияние внешних магнитных полей и поэтому не Кроме того, наличие магнитопроводов ослабляет влияние внешних магнитных полей и поэтому не требуется экранирование механизма. . Точность ФД приборов ниже, а диапазон частот несколько же, чем у ЭД. Обозначение ФД системы на шкалах приборов:

3. 2. 6. Электростатические вольтметры  Электростатические (ЭС) вольтметры применяются в основном для измерения3. 2. 6. Электростатические вольтметры Электростатические (ЭС) вольтметры применяются в основном для измерения напряжений в высоковольтных цепях как постоянного, так и переменного тока. Конструкция и принцип действия. Принцип действия устройства электростатического механизма основан на взаимодействии заряженных электродов.

 В основе конструкции этого ИМ (рис.  3. 13) два электрода (алюминиевые пластины, В основе конструкции этого ИМ (рис. 3. 13) два электрода (алюминиевые пластины, между которыми воздушный зазор), образующих переменную емкость. Измеряемое напряжение UU подается на неподвижную пластину образующую своеобразную камеру, и подвижную 2, закрепленную на оси З. Спиральная пружина 4 служит для создания противодействующего момента ММ ПРПР. Стрелка 5 и шкала б образуют отсчетное устройство.

  Подведенное к пластинам напряжение UU создает между пластинами электрическое поле.  Под Подведенное к пластинам напряжение UU создает между пластинами электрическое поле. Под действием электростатических сил притяжения подвижная пластина втягивается в камеру неподвижной пластины , , поворачивая при этом ось со стрелкой.

 Чем выше приложенное (измеряемое) напряжение тем глубже входит подвижная пластина внутрь неподвижной (увеличивается Чем выше приложенное (измеряемое) напряжение тем глубже входит подвижная пластина внутрь неподвижной (увеличивается площадь перекрытия пластин) и тем больше угол поворота. Геометрия подвижной пластины выбирается такой, чтобы повысить линейность (равномерность) шкалы прибора.

 Вращающий момент ММ равен производной энергии этой электромеханической системы по углу поворота α: Вращающий момент ММ равен производной энергии этой электромеханической системы по углу поворота α: М = ½ U²U² d. C / / dd α , где UU — напряжение на пластинах; СС — — емкость между пластинами; α α — угол поворота оси сердечника. Противодействующий момент определяется по формуле Мпр = α ΩΩ , , где ΩΩ — удельный противодействующий момент.

   Моменты М М и и ММ ПРПР  направлены навстречу другу. Моменты М М и и ММ ПРПР направлены навстречу другу. С ростом угла поворота αα противодействующий момент М ПРПР , , пропорционально растет. Это происходит до тех пор, пока моменты не станут равными. При М= М= ММ ПРПР ½ ½ U²U² d. C / / dd α = α α ΩΩ Следовательно, уравнение шкалы ЭС вольтметра имеет вид α = [ [ ½ ½ U²U² d. C / dd α α ] / 2 ΩΩ

 Из последнего уравнения следует, во-первых,  что ЭС приборы могут измерять напряжение в Из последнего уравнения следует, во-первых, что ЭС приборы могут измерять напряжение в цепях и постоянного, и переменного тока, а во-вторых, что шкала у ЭС вольтметров — нелинейная (квадратичная).

 Расширение диапазонов измерения ЭС ЭС вольтметров можно выполнять несколькими способами.  На постоянном Расширение диапазонов измерения ЭС ЭС вольтметров можно выполнять несколькими способами. На постоянном токе это делается с помощью резистивного делителя напряжения (рис. 3. 14, а). На переменном токе используют емкостной делитель напряжения (рис. 3. 14, 6) или, в крайнем случае, добавочный конденсатор (рис. 3. 14, в), который совместно с емкостью самого ЭС механизма также создает делитель напряжения.

     Особенности ЭС вольтметров. . Достоинства ЭС вольтметров : : Особенности ЭС вольтметров. . Достоинства ЭС вольтметров : : • • высокое входное сопротивление (на постоянном напряжении — практически бесконечное, а на низких и средних частотах составляет десятки мегаом и более), что означает чрезвычайно малое собственное потребление энергии от источника измеряемого напряжения; • • реакция на среднее квадратическое (действующее) значение напряжения не зависит от формы сигнала;

 •  •  широкий диапазон частот измеряемых напряжений (единицы — десятки мегагерц); • • широкий диапазон частот измеряемых напряжений (единицы — десятки мегагерц); • • сравнительно высокая точность ( классы точности 1, 0. . . 1, 5); • • простая конструкции и, следовательно, достаточная надежность. Недостатки ЭС вольтметров: • • нелинейная шкала; • • малая чувствительность; • • возможное значительное влияние внешних электрических полей, требующее экранирования механизма.

 Основное применение ЭС вольтметров — измерения в высоковольтных цепях, в маломощных цепях, а Основное применение ЭС вольтметров — измерения в высоковольтных цепях, в маломощных цепях, а также в цепях с высоко- частотными сигналами. Обозначение вольтметров ЭС системы на шкалах: Обозначение ЭС вольтметров с экранированным ИМ:

3. 2. 7. Приборы индукционной системы Конструкция и принцип действия. Принцип действия индукционных приборов3. 2. 7. Приборы индукционной системы Конструкция и принцип действия. Принцип действия индукционных приборов основан на взаимодействии двух или нескольких переменных магнитных потоков с токами, индуцированными в подвижном проводнике (например, диске). Типичным представителем этой системы является классический индукционный счетчик — измеритель активной энергии.

   На рис. 3. 15 показана упрощенная конструкция и принцип действия индукционного На рис. 3. 15 показана упрощенная конструкция и принцип действия индукционного однофазного счетчика активной энергии. Основными элементами прибора являются два магнитопровода со своими обмотками (напряжения и токовой), вращающийся диск и счетный механизм. Как и ваттметр, счетчик содержит обмотки тока и напряжения. Включается счетчик в цепь так же, как и ваттметр.

 Схема (рис. 3. 16) поясняет принцип действия этого прибора.   Рассмотрим работу Схема (рис. 3. 16) поясняет принцип действия этого прибора. Рассмотрим работу счетчика на примере входных сигналов напряжения и тока синусоидальной формы с действующими значениями, равными, соответственно, UU и и I. I. Входное напряжение UU приложенное к обмотке напряжения 2, создает в ней ток II UU , , имеющий по отношению к напряжению UU сдвиг по фазе, близкий к 90° (из-за большого индуктивного сопротивления этой обмотки). Ток II UU , , рождает магнитный поток ФФ UU в среднем сердечнике магнитопровода обмотки напряжения 11. .

 Этот поток ФФ UU делится на два потока: нерабочий поток ФФ UU 11 Этот поток ФФ UU делится на два потока: нерабочий поток ФФ UU 11 , , который замыкается внутри магнитопровода 1; и основной поток Ф UU 2, 2, пересекающий диск 6, закрепленный на оси 7 и вращающийся вместе с нею. Этот основной поток замыкается через противополюс 5.

 Входной ток I I , ,  текущий в обмотке тока 4, создает Входной ток I I , , текущий в обмотке тока 4, создает в магнитопроводе З магнитный поток ФФ 11 , который дважды пересекает диск б. Поток ФФ 11 отстает от тока II на на небольшой угол потерь αα II (поскольку сопротивление токовой обмотки мало).

 Таким образом, диск пересекают два магнитных потока ФФ UU 22 и и ФФ Таким образом, диск пересекают два магнитных потока ФФ UU 22 и и ФФ II , не совпадающих в пространстве и имеющих фазовый сдвиг ψψ. При этом в диске возникает вращающий момент М: М: М = с ff Ф Ф UU 2 2 ФФ II sinsin ψψ , , где с — некая константа; ff — — частота напряжения.

 При работе на линейном участке кривой намагничивания материалов магнитопроводов можно считать,  чточто При работе на линейном участке кривой намагничивания материалов магнитопроводов можно считать, чточто ФФ II = = kk 1 1 II ФФ U 2 U 2 = k 22 I I U U =( k 22 I I UU ) / Z UU , , где kk 11 и и kk 22 — коэффициенты пропорциональности; ZZ UU — полное комплексное сопротивление обмотки напряжения.

 Учитывая, что реактивная (индуктивная) составляющая сопротивления обмотки напряжения ZZ UU гораздо больше активной, Учитывая, что реактивная (индуктивная) составляющая сопротивления обмотки напряжения ZZ UU гораздо больше активной, можно записать ZZ UU = = 2π2π f. L UU где LL UU — индуктивность обмотки напряжения. Тогда ФФ UU 22 = (= ( kk 22 UU / 2π f. L UU ) =( kk 33 UU ) / ff , , где kk 33 = = kk 22 / (2π LL UU ))

 Следовательно, вращающий момент М М в в данной электромагнитной механической системе можно определить Следовательно, вращающий момент М М в в данной электромагнитной механической системе можно определить следующим образом: М= М= k. UI sin ψψ , , где kk — общий коэффициент пропорциональности. Для того чтобы вращающий момент был пропорционален текущей активной мощности, необходимо выполнение условия sinsin ψψ = = сосо sφsφ. .

 А это в свою очередь будет выполняться,  если ψψ + + φφ А это в свою очередь будет выполняться, если ψψ + + φφ = = 90. Это равенство может быть обеспечено изменением (регулировкой) угла потерь αα II , . Изменение этого угла реализуется двухступенчато: грубо — изменением числа короткозамкнутых витков, надетых на магнитопровод З, а плавно — изменением сопротивления вспомогательной цепи (эти элементы конструкции на рис. 3. 15 и 3. 16 не показаны)

Включение счетчика. Включение счетчика.

 На рис. 3. 18 приведена схема включения однофазного счетчика активной энергии.  На рис. 3. 18 приведена схема включения однофазного счетчика активной энергии. При необходимости работы в цепях с напряжениями и/или токами, большими, чем номинальные для конкретного счетчика, используются измерительные трансформаторы напряжения и/или тока. Схема подключения такая же, как и в подобном случае с ваттметрами.

 Для измерения реактивной энергии также используются индукционные счетчики. Их принцип действия аналогичен рассмотренному. Для измерения реактивной энергии также используются индукционные счетчики. Их принцип действия аналогичен рассмотренному. Некоторые различия в конструкции, организации подключения и, как следствие в векторных диаграммах, позволяют получить скорость вращения диска, пропорциональную значению текущей реактивной мощности.

   Номинальная постоянная счетчика. Число оборотов диска,  приходящееся на единицу учитываемой Номинальная постоянная счетчика. Число оборотов диска, приходящееся на единицу учитываемой счетчиком энергии, называют передаточным числом счетчика. Например, в паспорте сказано « 2000 оборотов соответствуют 1 к. Вт ·· ч» .

 Коэффициент, обратный передаточному числу, т. е. энергия,  приходящаяся на один оборот диска, Коэффициент, обратный передаточному числу, т. е. энергия, приходящаяся на один оборот диска, называется номинальной постоянной счетчика Сном: Сном = 3600(1000/2000) = 1800 Вт ·· с/об Потребленная активная энергия : W = Сном · N

Пример. . Значение номинальной постоянной счетчика известно СС НОМНОМ = 1800 Вт с/об. ЗаПример. . Значение номинальной постоянной счетчика известно СС НОМНОМ = 1800 Вт с/об. За время наблюдения зафиксировано 400 оборотов диска ( NN = 400 об). Определим значение активной энергии ж потребленной за время наблюдения: WW = 1800 · 400 = 720 000 Вт·с = 0, 2 к. Вт·ч. . Классы точности индукционных счетчиков (задаются относительной погрешностью) обычно невысоки: 0, 5; 1, 0; 1, 5; 2, 0; 2, 5; 4, 0. Обозначение индукционной системы на шкалах приборов:

Трехфазные счетчики. .    Для учета суммарной активной и реактивной энергии вТрехфазные счетчики. . Для учета суммарной активной и реактивной энергии в трехфазных цепях используются двухэлементные и трехэлементные счетчики.

 В таких счетчиках применяются те же конструктивные элементы (два или три механизма), что В таких счетчиках применяются те же конструктивные элементы (два или три механизма), что и в однофазных приборах. диски (два или три) закреплены на общей оси. Вращающие моменты дисков складываются, и скорость вращения оси зависит от суммарной текущей потребляемой мощности. На рис. 3. 19 упрощенно показано устройство двухэлементного трехфазного счетчика.

3. 3. ЭЛЕКТРОННЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ    Электронные ИП (ЭИП) представляют собой более3. 3. ЭЛЕКТРОННЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ Электронные ИП (ЭИП) представляют собой более сложные устройства, чем электромеханические. Они содержат несколько различных преобразователей, которые в общем случае выполняют функции деления, усиления, выпрямления и фильтрации сигнала, преобразования одних электрических величин в другие.

 В качестве выходных устройств в большинстве ЭИП используются магнитоэлектрические измерительные механизмы с соответствующей В качестве выходных устройств в большинстве ЭИП используются магнитоэлектрические измерительные механизмы с соответствующей градуировкой шкалы. В задачах электрических измерений используется множество различных типов ЭИП (вольтметры переменного и постоянного напряжения, частотомеры и фазометры, омметры, измерители индуктивностей и емкостей, разнообразные генераторы, осциллографы и анализаторы).

3. 3. 1. Электронные вольтметры  переменного  напряжения 3. 3. 1. Электронные вольтметры переменного напряжения

 Электронные вольтметры переменного напряжения строятся по одной из двух структурных схем,  приведенных Электронные вольтметры переменного напряжения строятся по одной из двух структурных схем, приведенных на рис. 3. 20. . Измеряемое переменное напряжение U~ U~ поступает на вход вольтметра. Входная цепь ВЦ прибора может содержать делители напряжения, переключатели, вспомогательные преобразователи, фильтры и др.

 Усилитель необходим для усиления сигналов до необходимого уровня. .  детектор и в Усилитель необходим для усиления сигналов до необходимого уровня. . детектор и в той, и в другой схеме служит для выпрямления переменного входного (или усиленного) сигнала; ИП — выходной измерительный прибор (чаще всего магнитоэлектрической системы), шкала которого градуируется в требуемых значениях.

   Схемы различаются последовательностью чередования основных этапов преобразования исследуемого сигнала.  Схемы различаются последовательностью чередования основных этапов преобразования исследуемого сигнала. В первом случае (см. рис. 3. 20, а) входное периодическое напряжение UU ~~ сначала усиливается с помощью усилителя переменного напряжения, а затем выпрямляется детектором.

 Приборы, построенные по этой схеме (усилитель — детектор — прибор), обладают более высокой Приборы, построенные по этой схеме (усилитель — детектор — прибор), обладают более высокой чувствительностью (порог чувствительности — доли микровольта), но имеют заметно меньший диапазон частот измеряемых напряжений (примерно 20 МГц).

 В приборах, построенных по схеме рис.  3. 20, 6 (детектор—усилитель — прибор), В приборах, построенных по схеме рис. 3. 20, 6 (детектор—усилитель — прибор), входной сигнал сначала выпрямляется детектором, а затем усиливается усилителем постоянного напряжения. Такие вольтметры, напротив, обладают более широким диапазоном частот (от 20 Гц до 500 МГц), но имеют существенно меньшую (худшую) чувствительность (порог чувствительности от 0, 5 В).

3. 3. 2. Выпрямители (детекторы)   Одним из основных элементов электронного вольтметра переменного3. 3. 2. Выпрямители (детекторы) Одним из основных элементов электронного вольтметра переменного напряжения является выпрямитель (детектор) — преобразователь переменного напряжения в постоянное. Особенности детектора определяют функциональные возможности и характеристики вольтметра.

  В зависимости от назначения вольтметра используются различные схемы детекторов:  • В зависимости от назначения вольтметра используются различные схемы детекторов: • • амплитудного значения; • • среднего выпрямленного значения; • • среднего квадратического (действующего) значения. Детекторы амплитудного значения (или амплитудные детекторы — АД) делятся на АД с так называемым открытым входом (АДОВ) и АД с закрытым входом (АДЗВ). Амплитудные детекторы иногда называются пиковыми детекторами.

   При рассмотрении работы обоих вариантов детекторов будем полагать,  что выходное При рассмотрении работы обоих вариантов детекторов будем полагать, что выходное сопротивление предыдущего каскада (ВЦ или усилителя — в зависимости от структуры вольтметра) пренебрежимо мало и не определяет значения постоянных времени заряда ττ 33 и разряда ττ РР , , конденсатора С. С.

 На рис. 3. 21, а  приведена упрощенная схема АДОВ,  на рис. На рис. 3. 21, а приведена упрощенная схема АДОВ, на рис. 3. 2 1, 6— временная диаграмма изменения входного uu (( tt )) и и выходного uu ВЫХВЫХ (( tt )) напряжений такого детектора. Простейшая схема АДОВ содержит полупроводниковый диод VDVD , , конденсатор СС и нагрузочный резистор RR. .

    При поступлении положительной  полуволны входного напряжения uu (( tt При поступлении положительной полуволны входного напряжения uu (( tt )) на на верхний входной зажим (точнее, при положительной разнице потенциалов между верхним и нижним входными зажимами) диод VDVD открывается (при этом его сопротивление становится малым — rr 00 ), и через конденсатор С С течет ток, заряжающий его.

 При отрицательном  значения входного напряжения uu (( tt )) и напряжения на При отрицательном значения входного напряжения uu (( tt )) и напряжения на конденсаторе диод VD VD закрывается (при этом его сопротивление становится большим), и конденсатор СС разряжается на обладающий большим сопротивлением резистор RR. Поскольку постоянная времени заряда ττ 3 3 конденсатора С С гораздо меньше постоянной времени разряда ττ рр : : (τ(τ 33 = = C C ·· r r 00 ) « (τ рр = С ·· RR ), ),

 то напряжение на конденсаторе непрерывно растет , и через несколько периодов входного сигнала то напряжение на конденсаторе непрерывно растет , и через несколько периодов входного сигнала напряжение на выходе детектора uu ДЕТДЕТ (( tt )) становится практически равным амплитудному значению Um. Um ахах входного напряжения uu (( t)t). . Форма входного периодического сигнала в большинстве реальных случаев значения не имеет.

   Если же входное напряжение uu (( tt ))  представляет собой Если же входное напряжение uu (( tt )) представляет собой сумму переменной (с амплитудой Um. Um ахах ) и постоянной UU 0 0 составляющих (рис. 3. 22), то реакция АДОВ по окончании переходного процесса будет соответствовать самому большому значению входного напряжения, т. е. выходное напряжение станет равным сумме ( ( Um. Um ахах + + UU 00 ) )

 и, следовательно, показания выходного измерительного прибора будут определяться именно этой суммой.  и, следовательно, показания выходного измерительного прибора будут определяться именно этой суммой. Форма переменной составляющей входного периодического сигнала UU в в данном случае практически не имеет значения.

 Амплитудный детектор с закрытым входом (АДЗВ), представленный на рис.  3. 23, на Амплитудный детектор с закрытым входом (АДЗВ), представленный на рис. 3. 23, на переменный входной сигнал без постоянной составляющей реагирует, по сути, аналогично рассмотренному АДОВ.

 И в этом варианте при положительной полуволне напряжения на верхнем входном зажиме, точнее, И в этом варианте при положительной полуволне напряжения на верхнем входном зажиме, точнее, при текущем значении входного напряжения uu (( tt )) большем, чем напряжение на конденсаторе uu с(с( tt ), ), открывается диод VDVD , и конденсатор С С быстро заряжается через его малое сопротивление.

 Если текущее значение входного напряжения uu (( tt )) меньше напряжения на конденсаторе Если текущее значение входного напряжения uu (( tt )) меньше напряжения на конденсаторе uu СС (( tt ), то диод VDVD закрыт, и конденсатор СС медленно разряжается через большое сопротивление резистора RR. .

 Напряжение UU RR (( tt )) на резисторе RR  представляет собой разницу Напряжение UU RR (( tt )) на резисторе RR представляет собой разницу входного напряжения uu (( tt )) и напряжения на кондесаторе uu СС (( tt ). ). Это напряжение в установившемся режиме повторяет по форме входное измеряемое, но смещено на амплитудное значение — Um. Um аа хх. .

 Далее напряжение uu (( tt ), ),  состоящее из суммы переменной Далее напряжение uu (( tt ), ), состоящее из суммы переменной составляющей и постоянной — Um. Um ахах , , поступает на вход фильтра нижних частот (ФНЧ), который сглаживает форму этого сигнала. Выходное напряжение фильтра uu ВЫХВЫХ (( tt )) соответствует среднему значению его входного напряжения, т. е. –– Um. Um ахах. .

   Выходное напряжение через несколько периодов входного сигнала станет практически равным максимальному Выходное напряжение через несколько периодов входного сигнала станет практически равным максимальному (амплитудному) значению Um. Um ахах входного измеряемого напряжения.

 При входном сигнале,  содержащем помимо переменной (с амплитудой ( Um. Um ахах При входном сигнале, содержащем помимо переменной (с амплитудой ( Um. Um ахах ) еще и постоянную составляющую UU 00 , , АДЗВ ведет себя иначе, чем АДОВ. В этом случае через несколько периодов конденсатор СС зарядится до напряжения, равного сумме Um. Um ах ах + + UU 00 , ,

 т. е.  конденсатор СС не будет пропускать постоянную составляющую , , т. е. конденсатор СС не будет пропускать постоянную составляющую , , и и выходное напряжение фильтра UU ВЫХ( tt ) ) будет определяться только амплитудой Um. Um ах переменной составляющей входного сигнала.

   Детекторы среднего выпрямленного значения  (СВЗ) делятся на однополупериодные и двухполупериодные Детекторы среднего выпрямленного значения (СВЗ) делятся на однополупериодные и двухполупериодные детекторы. Рассмотрим вариант двухполупериодного детектора СВЗ как наиболее распространенного (рис. 3. 25, а).

В основе схемы детектора четыре одинаковых полупроводниковых диода ( VDVD 1, 1, VDVD 2,В основе схемы детектора четыре одинаковых полупроводниковых диода ( VDVD 1, 1, VDVD 2, 2, VDVD 3, 3, VDVD 4), соединенных в мостовую схему. При поступлении положительной полуволны входного напряжения uu (( tt )) на верхний зажим открываются диоды VDVD 1 1 ии VDVD ЗЗ (другие диоды закрыты) и через резистор RR потечет ток (справа налево).

ФНЧ имеет большое входное сопротивление и не влияет на работу собственно выпрямителя. При отрицательнойФНЧ имеет большое входное сопротивление и не влияет на работу собственно выпрямителя. При отрицательной полуволне uu (( tt )) на верхнем зажиме (т. е. при положительной полу- волне на нижнем зажиме) откроются только диоды VDVD 22 и и VDVD 4 4 и через резистор RR вновь потечет ток, причем в том же направлении (справа налево).

 Таким образом, ток через резистор протекает всегда в одну и ту же сторону Таким образом, ток через резистор протекает всегда в одну и ту же сторону (рис. 3. 25, 6). Этот ток ii RR (( tt )) создает падение напряжения на резисторе RR. Это однополярное (уже выпрямленное) напряжение,

 среднее значение которого пропорционально среднему выпрямленному значению входного напряжения uu (( tt )) среднее значение которого пропорционально среднему выпрямленному значению входного напряжения uu (( tt )) , поступает затем на вход ФНЧ, с помощью которого выполняется сглаживание сигнала.

 В результате на выходе фильтра возникает постоянное напряжение, пропорциональное среднему выпрямленному значению UU В результате на выходе фильтра возникает постоянное напряжение, пропорциональное среднему выпрямленному значению UU СВСВ входного напряжения uu (( tt ). ).

 Детекторы среднего квадратического значения (СКЗ) — RR оооо tt  Меа n Squ Детекторы среднего квадратического значения (СКЗ) — RR оооо tt Меа n Squ аа rr е (е ( RR ММ SS ) делятся на аппроксимирующие детекторы (устройства, лишь приближенно дающие нужный результат) и детекторы так называемого истинного СКЗ (Т rue R ММ SS — Т RR ММ SS ). ).

 Основными элементами схемы являются набор однотипных резистивно-диодных цепочек (( RR 1— 1— VDVD Основными элементами схемы являются набор однотипных резистивно-диодных цепочек (( RR 1— 1— VDVD 1), ( RR 2— 2— VDVD 2), ( RR 3— 3— VDVD 3)3) …. ( Rn. Rn — — VDn ); ); делитель напряжения, образованный резисторами rr 1, 1, rr 2, 2, rr З, . . . , r. N , , rr 00 и источником стабильного известного напряжения UU 00 , а также фильтр нижних частот (ФНЧ).

 Делитель напряжения создает ряд последовательно возрастающих опорных потенциалов ( φ1, φ2, …. . Делитель напряжения создает ряд последовательно возрастающих опорных потенциалов ( φ1, φ2, …. . φ NN ). Фильтр нижних частот предназначен для сглаживания кривой выходного напряжения

   При поступлении на вход детектора напряжения uu (( tt )) , При поступлении на вход детектора напряжения uu (( tt )) , , текущее значение UU вхвх которого больше, чем значение потенциала φ1φ1 (но меньше значения всех остальных потенциалов), открывается диод VDVD 11 и по цепи RR 1— 1— VDVD 1 -1 — rr 11 потечет ток i 1 i 1. .

 Если входное напряжение будет расти, то пропорционально будет расти и ток i 1 Если входное напряжение будет расти, то пропорционально будет расти и ток i 1 до тех пор, пока текущее значение UU вхвх не не превысит потенциал φ2. При этом, наряду с уже открытым диодом VDVD 11 , , откроется также диод VDVD 22 и и через резистор rr 11 потечет сумма токов (( i 1 i 1 + + i 2 i 2 )) (рис. 3. 26, 6).

 При дальнейшем увеличении входного напряжения будут последовательно открываться и другие резистивно-диодные цепочки и При дальнейшем увеличении входного напряжения будут последовательно открываться и другие резистивно-диодные цепочки и суммарный ток в резисторе rr 11 будет расти.

 Чем больше текущее значение входного напряжения UU вхвх тем большее число резистивно-диодных цепей Чем больше текущее значение входного напряжения UU вхвх тем большее число резистивно-диодных цепей откроется и тем, следовательно, больше будет суммарный ток, протекающий в резисторе rr 11. .

 Подбором числа и параметров резистивно-диодных цепей можно достичь желаемого квадратического характера зависимости суммарного Подбором числа и параметров резистивно-диодных цепей можно достичь желаемого квадратического характера зависимости суммарного тока (и, следовательно, зависимости выходного напряжения детектора) от текущего значения входного напряжения UU вхвх. .

   Детекторы истинного СКЗ , в отличие от рассмотренных аппроксимирующих , реагируют Детекторы истинного СКЗ , в отличие от рассмотренных аппроксимирующих , реагируют именно на действительное (реальное) среднее квадратическое (действующее) значение, независимо от формы кривой входного напряжения. На рис. 3. 27, а приведен простейший детектор истинного СКЗ, в основе которого лежит термоэлектрический преобразователь.

   Входное измеряемое напряжение uu (( tt )) с с помощью усилителя Входное измеряемое напряжение uu (( tt )) с с помощью усилителя переменного напряжения Ус усиливается и поступает на термоэлектрический преобразователь (ТП), содержащий две части: нагреватель (Н) и термопару (Т). Переменный ток, протекающий через Н, нагревает его до температуры, пропорциональной квадрату именно действующего значения входного измеряемого напряжения uu (( tt ). ).

 В непосредственной близости от нагревателя расположен рабочий спай термопары, поэтому значение ее термо. В непосредственной близости от нагревателя расположен рабочий спай термопары, поэтому значение ее термо. ЭДС Е TT определяется температурой нагревателя и, следовательно, будет пропорционально действующему значению измеряемого напряжения uu (( tt )) . .

 Усилитель постоянного напряжения Ус усиливает выходной сигнал малого уровня термопары. Таким образом, независимо Усилитель постоянного напряжения Ус усиливает выходной сигнал малого уровня термопары. Таким образом, независимо от формы входного сигнала выходное постоянное напряжение такого детектора пропорционально именно истинному действующему значению.

    Рассмотрим один из вариантов устройства такого детектора СКЗ (рис. 3. Рассмотрим один из вариантов устройства такого детектора СКЗ (рис. 3. 27, 6). Прямой канал преобразования, как и в уже рассмотренной структуре, создается усилителем Ус. Ус и и термопреобразователем ТП 1 . Чем больше СКЗ входного напряжения, тем больше термо. ЭДС термопары ТП 1 и тем больше выходной ток II ВЫХВЫХ усилителя постоянного напряжения Ус. .

 Этим током нагревается нагреватель второго термопреобразователя ТП 2 до до температуры, создающей термо. Этим током нагревается нагреватель второго термопреобразователя ТП 2 до до температуры, создающей термо. ЭДС термопары ТП 2 , , практически равной термо. ЭДС термопары ТП 1. Термопары обоих ТП ТП включены встречно.

 Поэтому при любых изменениях СКЗ входного напряжения uu (( tt ))  соответственно Поэтому при любых изменениях СКЗ входного напряжения uu (( tt )) соответственно изменяется выходной ток II ВЫХВЫХ и, следовательно, термо. ЭДС ТП 2. . На входе усилителя Ус. Ус автоматически всегда поддержявается минимальная разность ΔЕΔЕ двух термо. Эд. С: ТП 1 и и ТП 2.

   Благодаря такой отрицательной обратной связи заметно повышаются линейность и точность преобразования. Благодаря такой отрицательной обратной связи заметно повышаются линейность и точность преобразования. Выходной ток II ВЫХВЫХ протекая по вспомогательному резистору RR , создает выходное напряжение UU ВЫХВЫХ детектора, пропорциональное действительному (истинному) СКЗ измеряемого входного напряжения uu (( tt ). ).

 Основными достоинствами электронных вольтметров с термо-электрическими детекторами являются высокая точность преобразования (до 0, Основными достоинствами электронных вольтметров с термо-электрическими детекторами являются высокая точность преобразования (до 0, 1 %); широкий диапазон частот (до 10 МГц); измерение истинного СКЗ напряжения.

 Единственный недостаток таких вольтметров — сравнительно невысокое быстродействие, т. е. быстрые изменения СКЗ Единственный недостаток таких вольтметров — сравнительно невысокое быстродействие, т. е. быстрые изменения СКЗ входного сигнала не воспринимаются сразу в силу тепловой инерционности ТП.

3. 3. 3. Особенности электронных измерительных  приборов    Основными достоинствами электронных3. 3. 3. Особенности электронных измерительных приборов Основными достоинствами электронных измерительных приборов (ЭИП), по сравнению с электромеханическими, являются следующие: • • малая мощность потребления от исследуемой цепи (источника сигнала), что обусловлено большим входным сопротивлением приборов (10(10 0000 — 10000000 Ом); • • широкий диапазон исследуемых напряжений (от 10 мк. В до 1000 В) за счет применения усилителей и делителей;

 •  •  высокая чувствительность (0, 1. . . 1, 0 мк. • • высокая чувствительность (0, 1. . . 1, 0 мк. В); • • широкий диапазон частот входных периодических сигналов (у некоторых типов — до 500 МГц); • • более широкие функциональные возможности, возможность измерения одним прибором нескольких различных параметров (например, постоянного и переменного напряжения, сопротивления постоянному току, параметров комплексного сопротивления).

 К недостаткам ЭИП относятся следующие:  •  •  сравнительно большая инструментальная К недостаткам ЭИП относятся следующие: • • сравнительно большая инструментальная погрешность ( 1, 5. . . 4 % )) , , за исключением термоэлектрических вольтметров; • • сложность устройства ЭИП и, как следствие, сравнительно невысокая надежность и высокая стоимость; • • требование дополнительного источника питания (или внешнего — электрической сети, или внутреннего — батареи); • • сравнительно большие габариты и масса.

3. 4. ВЛИЯНИЕ ФОРМЫ СИГНАЛА НА ПОКАЗАНИЯ ПРИБОРОВ     Приборы градуируются3. 4. ВЛИЯНИЕ ФОРМЫ СИГНАЛА НА ПОКАЗАНИЯ ПРИБОРОВ Приборы градуируются в средних квадратических (действующих) значениях для частного (хотя и распространенного) случая синусоидальной (или — практически синусоидальной) формы сигнала. Приборы различных систем, подключенные параллельно к одному источнику синусоидального напряжения, давали бы похожие показания, достаточно близкие к реальному действующему значению (с учетом, конечно, их инструментальных погрешностей).

 Однако в выборе конкретных приборов для реальных экспериментов с заметно несинусоидальными сигналами следует Однако в выборе конкретных приборов для реальных экспериментов с заметно несинусоидальными сигналами следует быть осторожными, поскольку возможны значительные ошибки, так как не все типы приборов реагируют именно на действующее значение.

 Рассмотрим вопросы специфики реакции и градуировки приборов на примере различных аналоговых вольтметров переменного Рассмотрим вопросы специфики реакции и градуировки приборов на примере различных аналоговых вольтметров переменного напряжения. Хотя, все справедливо и для электромеханических амперметров соответствующих систем.

3. 4. 1. Сигнал без постоянной составляющей       3. 4. 1. Сигнал без постоянной составляющей К источнику прямоугольного напряжения uu (( tt )) амплитудой 100 В, частотой 50 Гц и скважностью 2 (рис. 3. 28, а) подключены параллельно два вольтметра (рис. 3. 28, 6): VV 11 — — электромеханический выпрямительный вольтметр и и VV 22 — электронный вольтметр с термоэлектрическим детектором (ТЭ вольтметр).

 Найдем показания приборов, пренебрегая всеми составляющими погрешностей результатов.  Первый (выпрямительный) вольтметр VV Найдем показания приборов, пренебрегая всеми составляющими погрешностей результатов. Первый (выпрямительный) вольтметр VV 11 , , реагирующий на среднее выпрямленное значение UU СВСВ входного напряжения, отградуирован в действующих значениях для случая синусоидального сигнала, т. е. его показания UU VV 11 связаны с его реакцией коэффициентом формы синусоиды ( KK ФФ sinsin = 1, 1 1): VV 1 = UU СВСВ KK ФФ sinsin

   В данном эксперименте вольтметр VV 11 , отреагировав на UU СВСВ В данном эксперименте вольтметр VV 11 , отреагировав на UU СВСВ = 100 В, покажет Uv 1 = 100 · 1, 11 = 111 В, что не будет соответствовать реальному действующему значению измеряемого напряжения.

 Второй вольтметр VV 22 (электронный термоэлектрический) реагирует на истинное СКЗ напряжения и отградуирован, Второй вольтметр VV 22 (электронный термоэлектрический) реагирует на истинное СКЗ напряжения и отградуирован, естественно, тоже в СКЗ. Поэтому его показание UU VV 22 — — правильное действующее значение входного сигнала, которое в данном случае равно 100 В.

 Разница между показаниями двух исправных приборов,  подключенных к одному источнику напряжения, Разница между показаниями двух исправных приборов, подключенных к одному источнику напряжения, довольно велика и составляет более 10 %. Причина — резкая несинусоидальность входного напряжения uu (( tt ). ).

   Пример 2. Два вольтметра:  VV 11 — — электронный вольтметр Пример 2. Два вольтметра: VV 11 — — электронный вольтметр с с амплитудным детектором (АД) и VV 22 — — электромеханический вольтметр электромагнитной системы параллельно подключены к источнику несинусоидального напряжения uu (( tt )) (рис. 3. 29, а). Амплитуда измеряемого напряжения Um. Um ахах = ± 100 В, частота — 50 Гц, коэффициент амплитуды KK аа =2 =2. .

 Пренебрегая всеми погрешностями,  найти показания приборов (рис. 3. 29, 6).  Пренебрегая всеми погрешностями, найти показания приборов (рис. 3. 29, 6). Первый вольтметр VV 11 реагирует на амплитудное значение входного напряжения, а градуируется в действующих значениях для случая синусоидального сигнала, т. е. его показания UU VV 11 связаны с его реакцией коэффициентом амплитуды KK аа синусоиды ( ( KK аа sinsin =1, 41 ): ): UU VV 11 =Umax / K аа sinsin. .

   В этом эксперименте вольтметр,  отреагировав на амплитуду Umax  = В этом эксперименте вольтметр, отреагировав на амплитуду Umax = 100 В, покажет UU VV II = 100: 1, 41 = 71 В, что не равно реальному действующему значению измеряемого напряжения. Реальное действующее (среднее квадратическое) значение UU CKCK , , у у данного сигнала: UU CKCK = = Um. Um ах / KK аа = 100 : 2 = 50 В.

 Второй вольтметр VV 22 (электромагнитной системы) реагирует именно на действующее значение измеряемого напряжения Второй вольтметр VV 22 (электромагнитной системы) реагирует именно на действующее значение измеряемого напряжения и отградуирован тоже в СКЗ. Он покажет правильное действующее значение входного сигнала, которое у данного сигнала равно UU VV 22 = = UU CKCK = 50 В.

 В этом случае столь большая разница (почти в полтора раза!) в показаниях двух В этом случае столь большая разница (почти в полтора раза!) в показаниях двух приборов, на входе которых один и тот же сигнал — следствие значительной несинусоидальности исследуемого сигнала и различий в их принципах действия.

3. 4. 2. Сигнал — сумма переменной и постоянно  составляющих   3. 4. 2. Сигнал — сумма переменной и постоянно составляющих Более сложный случай сигнала — однополярного периодического сигнала прямоугольной формы с амплитудой Umax = +100 В, длительностью импульса 10 мс, длительностью паузы 30 мс (рис. 3. 30, а).

  К источнику такого напряжения подключены одновременно четыре вольтметра различных систем (рис. К источнику такого напряжения подключены одновременно четыре вольтметра различных систем (рис. 3. 30, 6): VV 1 — магнитоэлектрический; VV 2 — выпрямительный; VV З — электронный вольтметр с амплитудным детектором с открытым входом (АДОВ); VV 4— электронный вольтметр с амплитудным детектором с закрытым входом (АДЗВ).

      Требуется найти (пренебрегая всеми погрешностями):  • Требуется найти (пренебрегая всеми погрешностями): • • показания всех вольтметров; • • среднее значение входного сигнала Uc. Uc • • среднее выпрямленное значение сигнала Uc. Uc вв • • среднее квадратическое (действующее) значение UU скск • • коэффициент амплитуды Ка. Ка сигнала; • • коэффициент формы Кф. Кф сигнала.

   Вольтметр VV I (магнитоэлектрический)  реагирует на среднее значение и, поскольку Вольтметр VV I (магнитоэлектрический) реагирует на среднее значение и, поскольку не не предназначен для работы с переменными сигналами такой частоты, то и покажет среднее значение. . Среднее значение UU CC общем случае есть интеграл функции сигнала на периоде. Для указанного сигнала с такой формой значение UU CC определяется отношением площади импульса к периоду и имеет видвид UU CC = (100 · 10): 40 = 25 В.

 Среднее выпрямленное значение UU CC ВВ в в данном случае совпадает со средним Среднее выпрямленное значение UU CC ВВ в в данном случае совпадает со средним значением UU CC , так как сигнал однополярный: UU CC ВВ = = UU CC = = 25 В. . Среднее квадратическое (действующее) значение UU CC КК может быть вычислено в UU CC КК = 50 В.

 Поскольку амплитудное значение входного сигнала известно и равно Um. Um ахах = 100 Поскольку амплитудное значение входного сигнала известно и равно Um. Um ахах = 100 В , то теперь можно найти значения коэффициентов амплитуды Ka. Ka и формы KK фф данного сигнала: KK аа = = Umax / / UU CC КК =100: 50 = 2; KK фф = = UU CC КК / U CC КК = = 50: 25 = 2.

    Теперь, вспомнив, на что реагируют и в каких значениях отградуированы Теперь, вспомнив, на что реагируют и в каких значениях отградуированы подключенные приборы ( VV I, I, VV 2, 2, VV 3, 3, VV 4), легко найти и записать их показания: U VU V II = 25 В; UVUV 22 = 25· 1, 11 = 27, 8 В; UVUV 33 = 100: 1, 41= 71 В; UVUV 44 = (100 — 25): 1, 41 = 53, 2 В.

 В реальных экспериментах (где форма сигнала обычно не известна) подобная разница в показаниях В реальных экспериментах (где форма сигнала обычно не известна) подобная разница в показаниях исправных приборов свидетельствовала бы о значительной несинусоидальности измеряемого сигнала.

 Рассмотрим теперь обратную задачу. Допустим, нам известны показания четырех вольтметров (( VV I, Рассмотрим теперь обратную задачу. Допустим, нам известны показания четырех вольтметров (( VV I, I, VV 2, 2, VV 3, 3, VV 44 ) различных принципов действия, подключенных параллельно к одному источнику периодического несинусоидального напряжения.

 Первый вольтметр VV 11 — — магнитоэлектрический показал     U Первый вольтметр VV 11 — — магнитоэлектрический показал U VU V II = 20 В; второй VV 2 2 — электронный с АДОВ — показал UVUV 22 = 21, 3 В; третий VV 33 — электронный с АДЭВ — UVUV 33 = 7, 1 В; четвертый VV 44 — электронный с термоэлектрическим детектором — UVUV 44 = 22, 4 В.

 Пренебрегая всеми погрешностями, необходимо найти  амплитудное Um. Um ахах , среднее UCUC Пренебрегая всеми погрешностями, необходимо найти амплитудное Um. Um ахах , среднее UCUC действующее UCKUCK , , значения входного сигнала, а также амплитуду Um. Um ахах ~ только переменной его составляющей.

 Судя по тому, что показания приборов заметно различаются,  измеряемый сигнал — несинусоидален, Судя по тому, что показания приборов заметно различаются, измеряемый сигнал — несинусоидален, а может быть и несимметричен по отношению к оси времени, т. е. имеет ненулевую постоянную составляющую.

 Пренебрегая всеми погрешностями, необходимо найти амплитудное Um. Um ахах , среднее UCUC Пренебрегая всеми погрешностями, необходимо найти амплитудное Um. Um ахах , среднее UCUC действующее UCKUCK , значения входного сигнала, а также амплитуду Um. Um ахах ~ только переменной его составляющей.

 Первый прибор VV 11 (МЭ вольтметр) реагирует на среднее значение напряжения и показывает Первый прибор VV 11 (МЭ вольтметр) реагирует на среднее значение напряжения и показывает его же, т. е. среднее значение UU CC = 20 В. Это означает наличие во входном сигнале постоянной составляющей UU O O = 20 В. Общее амплитудное значение Um. Um ахах можно определить по показаниям UU VV 22 электронного вольтметра VV 22 с АДОВ: Um. Um ахах = = UU VV 22 · · Kasin =21, 3 · 1, 41 = 30 В.

 Реальное Uck (действующее) значение входного сигнала даст вольтметр с термоэлектрическим детектором:  Реальное Uck (действующее) значение входного сигнала даст вольтметр с термоэлектрическим детектором: Uck = = UU VV 44 == 22, 4 В.

 Показания вольтметра VV 33 с АДЗВ позволяют найти амплитуду Um. Um ахах ~ Показания вольтметра VV 33 с АДЗВ позволяют найти амплитуду Um. Um ахах ~ только переменной составляющей (поскольку такой прибор игнорирует постоянную составляющую входного сигнала): Um. Um ахах ~ =~ = UU VV ЗЗ Kasin = 7, 1 · 1, 41 = 10 В. В.

 Если сигнал содержит и постоянную,  и переменную составляющие, то,  зная их Если сигнал содержит и постоянную, и переменную составляющие, то, зная их отдельные действующие значения, можно найти общее действующее значение как их геометрическую сумму.

ГЛАВА 4 ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ  ОСЦИЛЛОГРАФ        4. 1.ГЛАВА 4 ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ОСЦИЛЛОГРАФ 4. 1. УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОГО ОСЦИЛЛОГРАФА Класс осциллографов сегодня может быть поделен на две сильно различающиеся группы: аналоговые (электронно-лучевые и светолучевые) и цифровые. Каждая из этих групп имеет свои функциональные возможности, достоинства и недостатки, метрологические и эксплуатационные характеристики, свои области и специфику применения. .

    Классический ЭЛО — это электронный аналоговый измерительный прибор, который используется Классический ЭЛО — это электронный аналоговый измерительный прибор, который используется для исследования, как правило, периодических процессов в реальном времени. Упрощенно структуру ЭЛО можно представить тремя основными частями (рис. 4. 1): канал вертикального отклонения луча (канал YY }, канал горизонтального отклонения (канал XX ) и электроннолучевая трубка (ЭЛТ). Такое название каналов ( Y Y и и XX ) отвечает классическому двухкоординатному представлению различных функций (вертикальная ось — ось ординат YY , , горизонтальная ось — ось абсцисс XX ). ).

Рис. 4. 1 Рис. 4.

    Назначение каналов У и XX — — преобразование входных Назначение каналов У и XX — — преобразование входных исследуемых и/или вспомогательных напряжений до уровней, необходимых для управления потоком электронов в электронно-лучевой трубке.

 Назначение этой трубки — формирование изображения исследуемого сигнала или изображения, отражающего результат взаимодействия Назначение этой трубки — формирование изображения исследуемого сигнала или изображения, отражающего результат взаимодействия двух или нескольких сигналов.

4. 1. 1. Каналы вертикального и горизонтального отклонения Представим канал вертикального отклонения (канал YY4. 1. 1. Каналы вертикального и горизонтального отклонения Представим канал вертикального отклонения (канал YY ) содержащим только: 1. делитель напряжения (Д), 2. усилитель (У YY ) ) 3. переключатель SWSW 1. 1.

 Делитель Д предназначен для уменьшения входных исследуемых сигналов больших уровней, при этом переключатель Делитель Д предназначен для уменьшения входных исследуемых сигналов больших уровней, при этом переключатель SWSW 1 1 находится в положении 1.

 Усилитель У YY служит для усиления малых входных сигналов, при этом переключатель SWSW Усилитель У YY служит для усиления малых входных сигналов, при этом переключатель SWSW 1 находится в положении 2.

 Выходной сигнал усилителя поступает на пластины Y Y  ЭЛТ, а также на Выходной сигнал усилителя поступает на пластины Y Y ЭЛТ, а также на вход капала XX , Все элементы канала YY обладают достаточно широкой полосой частот пропускания

 Канал горизонтального отклонения (канал XX ) в упрошенном виде можно представить так: Канал горизонтального отклонения (канал XX ) в упрошенном виде можно представить так: 1. генератор развертки (ГР), 2. усилитель (У xx ), ), 3. два переключателя SWSW 2, 2, SWSW 3. 3.

 Вход внешней синхронизации (ВС) предназначен для запуска генератора развертки внешним вспомогательным сигналом. Вход внешней синхронизации (ВС) предназначен для запуска генератора развертки внешним вспомогательным сигналом. Генератор развертки формирует линейно изменяющееся (( пилообразное ) напряжение, которое через У xx поступает на пластины горизонтального отклонения — пластины X X ЭЛТ.

 Это напряжение в течение интервала времени прямого хода как бы «разворачивает»  исследуемый Это напряжение в течение интервала времени прямого хода как бы «разворачивает» исследуемый сигнал по горизонтальной оси (т. е. оси XX ) ) с постоянной скоростью.

   Создается аналогия развертки в текущем времени. Усилитель У x x предназначен Создается аналогия развертки в текущем времени. Усилитель У x x предназначен для усиления входного сигнала до уровня, необходимого для нормального отклонения луча. В В положении 1 переключателя SWSW 2, на вход ГР поступает сигнал с выхода канала YY. ЭТИМ обеспечивается режим внутреннего запуска генератора развертки исследуемым сигналом.

 В В положении 2 переключателя SWSW 2,  на вход ГР поступает сигнал В В положении 2 переключателя SWSW 2, на вход ГР поступает сигнал синхронизации от внешнего источника. . С помощью переключателя SWSW 3, 3, выбирается режим развертки : : положение 1 — — режим линейной развертки ( У— tt ); ); положение 2 — — режим У—Х (в частности круговой развертки).

4. 1. 2. Электронно-лучевая трубка   Конструктивно электронно—лучевая трубка (ЭЛГ) — основной элемент.4. 1. 2. Электронно-лучевая трубка Конструктивно электронно—лучевая трубка (ЭЛГ) — основной элемент. ЭЛО — представляет собой стеклянный баллон с глубоким вакуумом, в который встроены металлические электроды (рис. 4. 2). Внутренняя поверхность экрана ЭЛТ покрыта люминофором—веществом, которое светится в месте удара потока электронов.

 Нить накала (НН) находящаяся внутри цилиндра катода (К) нагревает его. .  Нить накала (НН) находящаяся внутри цилиндра катода (К) нагревает его. . С поверхности катода вылетают электроны, которые стремясь к высокому положительному потенциалу анодов А 1 и А 2, .

Рис. 4. 2 Рис. 4.

 Электроны проходят сквозь модулятор ( сетку).   Модулятор (М) имеет отрицательный Электроны проходят сквозь модулятор ( сетку). Модулятор (М) имеет отрицательный по отношению к катоду потенциал , , изменяя который (см. рис. 4. 1) можно менять число про- ходящих сквозь него электронов и, тем самым регулировать яркость изображения на экране ЭЛТ.

    Аноды А 1 и А 2 образуют своеобразную электронную линзу Аноды А 1 и А 2 образуют своеобразную электронную линзу , , благодаря которой осуществляется фокусирование потока электронов Аноды обеспечивают значительную скорость движения электронов , , достаточную для нормального свечения люминофора экрана в месте удара.

 Поток электронов пролетает между двумя парами отклоняющих его  пластин (Х и YY Поток электронов пролетает между двумя парами отклоняющих его пластин (Х и YY ), ), расположенных взаимно-перпендикулярно( см. рис. 4. 3. ). Приложенные к пластинам Х и YY напряжения отклоняют луч и, как следствие, определяют положение светящегося пятна на экране. Отклонение потока электронов в электрическом поле пластин(на примере действия одной пары пластин — пластин YY ) иллюстрирует рис 4. 3.

Рис. 4. 3 Рис. 4.

 Если к пластинам YY приложено некоторое постоянное напряжение UYUY  то между пластинами Если к пластинам YY приложено некоторое постоянное напряжение UYUY то между пластинами возникает электрическое поле, напряженность которого Е Е прямо пропорционально — напряжению UYUY и и обратно пропорционально расстоянию между пластинами.

Варианты выполнения катодов Варианты выполнения катодов

    Поток электронов, пролетая в электрическом поле пластин, испытывает действие силы Поток электронов, пролетая в электрическом поле пластин, испытывает действие силы FF. . Значение этой силы F F пропорционально напряженности Е электрического поля. Вертикальное отклонение hh светящегося пятна на экране определяется напряжением на пластинах UU YY , Если напряжение на пластинах UU YY меняется, то пропорционально меняется и отклонение пятна на экране hh. .

 Действие другой пары пластин — пластин Х—на поток электронов аналогично рассмотренному, но только Действие другой пары пластин — пластин Х—на поток электронов аналогично рассмотренному, но только отклонение потока электронов при подаче напряжения UU XX — происходит в горизонтальной плоскости и, следовательно, на экране в горизонтальном направлении т. е. вдоль оси Х. Х.

 Чувствительность собственно ЭЛТ низка , поэтому для работы с сигналами обычных уровней (доли Чувствительность собственно ЭЛТ низка , поэтому для работы с сигналами обычных уровней (доли вольта — единицы вольт) необходимо предварительное усиление исследуемых сигналов.

   Довольно широко распространены сегодня двухканальные (двухлучевые)  осциллографы которые имеют более Довольно широко распространены сегодня двухканальные (двухлучевые) осциллографы которые имеют более широкие возможности, так как позволяют одновременно исследовать два разных протекающих процесса. У таких приборов два отдельных входа, они содержат два самостоятельных канала вертикального отклонения Y Y аналогичных рассмотренным для обычных одноканальных ЭЛО. Электронно-лучевая трубка — общая для обоих каналов 1 состоит из двух отдельных электронных пушек , которые формируют два потока электронов (луча). Каждый из этих потоков управляется своими парам и пластин YY и и Х. Таким образом на одном экране одновременно формируются изображения двух разных сигналов. 4. 13. Двухканальные электронно-лучевые осциллографы

4. 2. ФОРМИРОВАНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЙ НА ЭКРАНЕ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ТРУБКИ    На пластины YY4. 2. ФОРМИРОВАНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЙ НА ЭКРАНЕ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ТРУБКИ На пластины YY и на пластины X X поступают изменяющиеся во времени сигналы. Траектория движения светящегося пятна на экране будет определяться характером поведения этих сигналов.

 Если напряжения на пластинах меняются достаточно быстро (с частотой более 20. . . Если напряжения на пластинах меняются достаточно быстро (с частотой более 20. . . 30 Гц), то траектория пятна на экране представляется сплошной линией. При малых скоростях (частоты ниже 1 Гц) можно наблюдать на экране светящуюся точку, перемещающуюся по экрану ЭЛТ. В ЭЛО используются разные способы (режимы) формирования изображения.

4. 2. 1. Режим линейной развертки (режим YY —— tt ))   4. 2. 1. Режим линейной развертки (режим YY —— tt )) Режим линейной развертки называется также режимом YY —— tt , , поскольку входной сигнал Y Y как бы разворачивается в текущем времени. Это режим, в котором можно исследовать изменения входного сигнала во времени. На пластины YY подается исследуемый сигнал, а на пластины Х подается пилообразное напряжение.

 На рис. 4. 4 показан случай синусоидального исследуемого сигнала UU YY периодом ТТ На рис. 4. 4 показан случай синусоидального исследуемого сигнала UU YY периодом ТТ CC и линейно изменяющегося напряжения ГР UU XX с периодом TT РР = Т СС. . Линейная развертка может быть реализована в автоколебательном режиме или в режиме ждущей развертки.

Рис. 4. 4 «пила» Рис. 4. 4 «пила»

  Автоколебательный режим развертки.  В В этом режиме ГР непрерывно генерирует периодическое Автоколебательный режим развертки. В В этом режиме ГР непрерывно генерирует периодическое пилообразное напряжение. Если период сигнала ТСТС окажется равным периоду напряжения генератора развертки ТР, то траектория движения светящегося пятна на экране будет повторяться от цикла к циклу, т. е. , в каждом периоде развертки ТР изображение будет одним и тем же. Таким образом, изображение на экране будет устой-чивым (рис. 4. 5).

Рис. 4. 5 Рис. 4.

   Изображение будет устойчивым также и при кратном отношении (ТР/ТС = 2; Изображение будет устойчивым также и при кратном отношении (ТР/ТС = 2; ТР/ТС = 3; ТР/ТС = 4. . . ). В более общем случае, кода периоды исследуемого сигнала и ГР не равны (и не кратны), изображение на экране будет неустойчивым и/или неудобным, так как в каждом цикле развертки луча изображение будет отличаться от изображений предыдущих циклов.

 Суммарное изображение как бы бежит по экрану. В некоторых случаях изображение может быть Суммарное изображение как бы бежит по экрану. В некоторых случаях изображение может быть устойчивым, но неудобным для анализа. .

Рис. 4. 6. Рис. 4. 6.

   Одни и те же пары сигналов могут создавать разные изображения на Одни и те же пары сигналов могут создавать разные изображения на экране в зависимости от начальных временных сдвигов напряжений на пластинах. На рис. 4. 7 приведены примеры изображений для сигналов с различными временными сдвигами, Изображение 1 соответствует паре напряжений UU YY и и UU XX 11. .

 Изображение 2 соответствует  паре напряжений UU YY и и UU XX 22. Изображение 2 соответствует паре напряжений UU YY и и UU XX 22. . Изображение 3 соответствует паре напряжений UU YY и и UU XX 33. . Изображение 4 соответствует паре напряжений UU YY и и UU XX 44 ). ).

Рис. 4. 7. Рис. 4. 7.

    Ждущий режим развертки. В отличие от автоколебательного режима развертки режим Ждущий режим развертки. В отличие от автоколебательного режима развертки режим ждущей развертки позволяет получить повторяющееся устойчивое изображение при периодическом сигнале на входе Y Y независимо от соотношения периодов напряжения ГР ГР UU г и входного напряжения UU YY . .

 При этом цикл работы ГР определяется (задается) неким управляющим напряжением, например входным исследуемым При этом цикл работы ГР определяется (задается) неким управляющим напряжением, например входным исследуемым сигналом. . Запуск ГР (начало формирования «пилы» , ) происходит лишь при наличии заданных оператором признаков. Например, определенного уровня входного сигнала и знака его изменения(производной).

 На рис. 4. 8 показан случай,  соответствующий нулевому уровню запуска значению входного На рис. 4. 8 показан случай, соответствующий нулевому уровню запуска значению входного напряжения UU YY = О) и положительному изменению входного сигнала (т. е. при его возрастании )

   Цикл работы ГР при этом состоит из интервалов рабочего хода ТР Цикл работы ГР при этом состоит из интервалов рабочего хода ТР ТР — и интервала ожидания — ТОЖТОЖ. Значение ТР, не зависит от периода входного сигнала и задается оператором. Значение Т ОЖОЖ , (точнее — момент его окончания) определяется следующим моментом совпадения заданных признаков управляющего сигнала (см. рис. 4. 8). . .

 В качестве управляющего запуском развертки сигнала (сигнала синхронизации) могут использоваться:  • В качестве управляющего запуском развертки сигнала (сигнала синхронизации) могут использоваться: • • входной исследуемый сигнал (внутренний запуск); • • внешний вспомогательный сигнал (внешний запуск); • • сигнал напряжения электрической сети питания ЭЛО. Режим ждущей развертки удобен в большинстве случаев, поэтому он наиболее часто используется

4. 2. 2. Режим YY —Х—Х    В отличие от режима линейной4. 2. 2. Режим YY —Х—Х В отличие от режима линейной развертки в этом режиме на входы Y Y и Х могут поступать исследуемые сигналы различных форм. Генератор развертки при этом не используется. Метод эллипса. . В режиме круговой (эллиптической) развертки на входы YY и и Х ЭЛО подаются синусоидальные сигналы одной частоты или разных частот.

 На рис. 4. 9 приведен пример формирования изображения при поданных на пластины Y На рис. 4. 9 приведен пример формирования изображения при поданных на пластины Y Y и Х двух синусоидальных напряжений одной частоты, но сдвинутых друг относительно друга на 90°

 Если на пластины Y Y и Х поступают два синусоидальных сигнала одной частоты Если на пластины Y Y и Х поступают два синусоидальных сигнала одной частоты ff = 1/Т , но с некоторым сдвигом фаз φ =(Δ tt · 360/ TT ), ), то на экране ЭЛТ возникнет изображение наклоненного эллипса, по некоторым параметрам которого можно найти значение фазового сдвига φφ. .

 Измерив отрезки аа и и ЬЬ , или с с и и dd Измерив отрезки аа и и ЬЬ , или с с и и dd в в изображении эллипса на экране, можно найти фазовый сдвиг ( (рис. 4. 10).

Поскольку sin φ = а/Ь , или sin φ = с/ d , Поскольку sin φ = а/Ь , или sin φ = с/ d , то значение фазового сдвига ( определяется таким образом: φ= агс s iп (а/Ь) = агс s iп (с/ d ).

Метод фигур Лиссажу. Если на пластины Y Y и Х поступают синусоидальные напряжения разныхМетод фигур Лиссажу. Если на пластины Y Y и Х поступают синусоидальные напряжения разных частот FF у и FF хх , то на экране ЭЛТ возникает изображение замкнутой фигуры — фигуры Лиссажу. На рис. 4. 12 показан случай формирования изображения, когда частота FF уу вдвое больше частоты FXFX. . Зная значение одной из частот, можно найти значение другой. Этот метод используется для измерения неизвестной частоты

    Этот метод используется для измерения неизвестной частоты синусоидальных сигналов. На Этот метод используется для измерения неизвестной частоты синусоидальных сигналов. На один вход ЭЛО (любой), например, на вход YY , подается сигнал неизвестной частоты , на другой — вход Х — — подается напряжение с выхода генератора синусоидальных сигналов.

 Изменением частоты сигнала генератора добиваются устойчивого изображения на экране одной из понятных (удобных) Изменением частоты сигнала генератора добиваются устойчивого изображения на экране одной из понятных (удобных) фигур Лиссажу. Затем определяется число точек пересечения полученной фигуры горизонтальной и вертикальной линиями (рис. 4. 13, а). для получения правильного результата линии должны проходить таким образом, чтобы число точек пересечения обеими линиями было максимальным. .

После этого отсчитывается значение установленной частоты сигнала генератора. Отношение частот  F у/ FПосле этого отсчитывается значение установленной частоты сигнала генератора. Отношение частот F у/ F х равно отношению числа точек пересечения по горизонтали N Г. и по вертикали N В F у/ F х = N Г / N В

   На рис. 4. 13, а приведен пример фигуры Лиссажу с соотношением На рис. 4. 13, а приведен пример фигуры Лиссажу с соотношением точек пересечения NN Г / NN ВВ = 6/4. Это значит, что частота сигнала на входе У в полтора раза больше, чем частота сигнала на входе Х. Например , если частота сигнала генератора, поданного на вход Х, оказалась равной 12, 4 к. Гц, то то при такой фигуре на экране значение неизвестной частоты сигнала, поданного на вход YY , равно 18, 6 к. Гц.

 Можно использовать и касательные к фигуре линии  (см. рис. 4. 13, 6), Можно использовать и касательные к фигуре линии (см. рис. 4. 13, 6), тогда нужно использовать аналогичное соотношение, но точек касания горизонтальной и вертикальной касательной

       В режиме YY —Х возможна также работа В режиме YY —Х возможна также работа с сигналами любых форм. Понимание принципа управления отклонением луча позволяет априори определить возможную траекторию движения пятна на экране при известных диаграммах сигналов на пластинах. Для построения изображения можно обойтись сравнительно небольшим числом точек. Общий случай

 Для случаев кусочно-линейных сигналов (или хотя бы одного из них) можно упростить процесс Для случаев кусочно-линейных сигналов (или хотя бы одного из них) можно упростить процесс построения, рассматривая интервалы времени, соответствующие однообразному (постоянному) поведению сигналов, например, постоянным производным, и дающие сразу целые фрагменты траектории, а не только точки.

 На рис. 4. 15 показан случай двух сигналов с постоянными производными на некоторых На рис. 4. 15 показан случай двух сигналов с постоянными производными на некоторых интервалах времени. На интервалах 1, 2, 3, 4 на экране будут отрезки прямых линий, что при систематическом и достаточно быстром повторении образует на экране прямоугольник (квадрат).

4. 2. 3. Растровый режим (режим YY —— Х-—Х-— ZZ ))   4. 2. 3. Растровый режим (режим YY —— Х-—Х-— ZZ )) В этом режиме на пластины YY и и Х подаются периодически изменяющиеся сигналы UU YY ии UU XX , , которые заставляют луч последовательно с большой скоростью обегать множество сдвинутых параллельных горизонтальных строк (рис. 4. 16). Так формируется растр.

 Не вся траектория луча видна на экране. Изменением напряжения UU ZZ на модуляторе Не вся траектория луча видна на экране. Изменением напряжения UU ZZ на модуляторе ММ ЭЛТ можно управлять яркостью отдельных элементов траектории. Таким образом можно формировать разнообразные изображения (как графические, так и знаковые) с помощью множества светящихся точек или небольших фрагментов.

   Отрицательное значение напряжения UZUZ , как говорят,  «запирает» ЭЛТ, т. Отрицательное значение напряжения UZUZ , как говорят, «запирает» ЭЛТ, т. е. резко уменьшает число электронов в пучке, и свечения пятна на экране при этом не будет. Положительным импульсом напряжения Uz. Uz ЭЛТ «открывается» и в соответствующем месте экрана возникает светящееся пятно.

 В примере на рис. 4. 16 светящиеся в начале каждой строки пятна образуют В примере на рис. 4. 16 светящиеся в начале каждой строки пятна образуют как бы вертикальную линию в левой части экрана. Скорость обегания всего экрана должна быть достаточно высокой с тем, чтобы обновление всего кадра не замечалось глазом, т. е. не реже 25 раз в секунду. .

  Число строк также должно быть достаточно большим для образования удовлетворительного по разрешающей Число строк также должно быть достаточно большим для образования удовлетворительного по разрешающей способности изображения (образа). Обычно число строк в этом режиме — не менее нескольких сотен. Чем больше число строк и чем выше скорость изменения кадров, тем выше качество изображения.

 Отметим, что подобный режим редко применяется в классических электронно-лучевых осциллографах, но является основным Отметим, что подобный режим редко применяется в классических электронно-лучевых осциллографах, но является основным в электронно-лучевых трубках цифровых осциллографов, телевизоров, мониторов персональных компьютеров.

   Общая погрешность результата измерения, выполненного с помощью осциллографа, содержит те же Общая погрешность результата измерения, выполненного с помощью осциллографа, содержит те же составляющие, что и погрешность результата любого другого измерения: 4. 3. МЕТРОЛОГИЯ ОСЦИЛЛОГРАФИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ

 инструментальную, методическую  субъективную. .  Но в подходах к оценкам отдельных составляющих инструментальную, методическую субъективную. . Но в подходах к оценкам отдельных составляющих отражается определенная специфика осциллографических измерений.

4. 3. 1. Инструментальная погрешность    Инструментальная погрешность результата осциллографического измерения складывается4. 3. 1. Инструментальная погрешность Инструментальная погрешность результата осциллографического измерения складывается из статической (при постоянном или низкочастотном входном сигнале) и динамической составляющих.

 Статическая погрешность. .  При измерении как амплитудных, так и временных параметров можно Статическая погрешность. . При измерении как амплитудных, так и временных параметров можно использовать общий подход к оценке погрешностей.

 Поскольку подавляющее большинство случаев применения ЭЛО основано на измерении длин линейных отрезков (например, Поскольку подавляющее большинство случаев применения ЭЛО основано на измерении длин линейных отрезков (например, при измерении амплитуды и периода сигнала, длительности импульса), то наличие систематических аддитивных погрешностей каналов У и Х не приводит к погрешностям результатов , , так как определяет лишь сдвиг изображения на экране.

 Мультипликативные же погрешности каналов в большинстве случаев влияют на результат измерения, так как Мультипликативные же погрешности каналов в большинстве случаев влияют на результат измерения, так как искажения линейных параметров изображения на экране при этом линейно зависят от значения входной величины.

 Пределы допустимых относительных  мультипликативных  погрешностей каналов У и Х Х называются Пределы допустимых относительных мультипликативных погрешностей каналов У и Х Х называются погрешностями коэффициентов отклонения и задаются количественно, Например , так: δ YY = 5 %; δ XX = 2 %. Эти значения характеризуют только статическую (или низкочастотную) погрешность воспроизведения сигналов каналами

 Динамическая погрешность. .   Входные каналы ЭЛО не в состоянии воспринимать ( Динамическая погрешность. . Входные каналы ЭЛО не в состоянии воспринимать ( «пропускать» ) высокочастотные сигналы в бесконечно широкой полосе частот. Есть естественные ограничения.

   Полоса частот, которую пропускает канал ЭЛО (т. е. позволяет нормально исследовать), Полоса частот, которую пропускает канал ЭЛО (т. е. позволяет нормально исследовать), зависит от схемотехники и элементной базы его каналов. Понятно, что чем шире полоса частот, тем лучше. Ее граница определяется верхней частотой ff ВВ полосы пропускания

 К характеристикам ЭЛО,  определяющим динамическую погрешность, относятся : :  • К характеристикам ЭЛО, определяющим динамическую погрешность, относятся : : • • амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) и значение верхней границы f f полосы пропускания по каналам Y Y и Х, • • время нарастания ττ НН переходной характеристики канала

 •  •  время установления ττ УУ  •  • • • время установления ττ УУ • • неравномерность АЧХ канала YY • • фазочастотная характеристика (ФЧХ) канала YY . Эти значения характеризуют только статическую (или низкочастотную) погрешность воспроизведения сигналов каналами.

 Практическое определение реальной АЧХ канала YY (рис.  4. 17).   Практическое определение реальной АЧХ канала YY (рис. 4. 17). На вход канала YY ЭЛО подается синусоидальный сигнал от высокочастотного генератора, частота которого может регулироваться в широких пределах (верхняя граница диапазона изменения частоты должна быть не менее верхней границы ff ВВ , полосы пропускания исследуемого ЭЛО).

 Затем, изменяя частоту сигнала генератора и поддерживая (с помощью показаний широкополосного электронного вольтметра) Затем, изменяя частоту сигнала генератора и поддерживая (с помощью показаний широкополосного электронного вольтметра) амплитуду сигнала постоянной, фиксируют амплитуду изображаемого на экране сигнала. Так можно построить по некоторому множеству точек кривую АЧХ канала

  Верхняя граница  ff ВВ  полосы пропускания (для канала с открытым Верхняя граница ff ВВ полосы пропускания (для канала с открытым входом) определяется по уровню уменьшения относительной амплитуды на — З д. Б и задается в паспорте на ЭЛО (например, так: ff ВВ = 10 МГц).

 Зная АЧХ,  можно определить погрешность воспроизведения на экране амплитуды синусоидального сигнала известной Зная АЧХ, можно определить погрешность воспроизведения на экране амплитуды синусоидального сигнала известной частоты. . Например, при частоте входного сигнала f f = 5 МГц и значению ff ВВ = 10 МГц погрешность воспроизведения амплитуды синусоидального сигнала на экране составит приблизительно — 10% (см. рис. 4. 18).

Пример АЧХ канала Y  ЭЛО показан на рис. 4. 18.  Пример АЧХ канала Y ЭЛО показан на рис. 4. 18.

   Время нарастания τ НН переходной характеристики канала и время установления ττ Время нарастания τ НН переходной характеристики канала и время установления ττ УУ характеризуют реакцию ЭЛО на скачкообразные (импульсного характера) изменения входного сигнала.

 Время нарастания ττ нн определяется интервалом времени изменения сигнала на экране от 0, Время нарастания ττ нн определяется интервалом времени изменения сигнала на экране от 0, 10 UU MAXMAX до до 0, 9 UU MAXMAX амплитудного значения сигнала UU MAXMAX (рис. 4. 19, а). Время установления ττ УУ , , определяется интервалом от 0, 10 UU MAXMAX до вхождения сигнала в заданную зону ±Δ (например, 5 % от UU MAXMAX , рис. 4. 19, 6). .

    Время установления  ττ УУ , определяется интервалом от 0, Время установления ττ УУ , определяется интервалом от 0, 10 UMAX до вхождения сигнала в заданную зону ±Δ (например, 5 % от от UMAX , рис. 4. 19, 6). .

 На практике значения времен нарастания ττ нн и установления ττ уу канала YY На практике значения времен нарастания ττ нн и установления ττ уу канала YY определяются так, как показано на рис. 4. 20. На вход канала Y Y ЭЛО подается сигнал от генератора прямоугольных импульсов. ( Длительность фронта выходного сигнала генератора должна быть заметно меньше ожидаемого времени нарастания и времени установления канала исследуемого ЭЛО. )

 Затем, измерив указанные параметры осциллограммы сигнала, определяют искомые значения времен нарастания ττ НН Затем, измерив указанные параметры осциллограммы сигнала, определяют искомые значения времен нарастания ττ НН , и установления ττ УУ. . Неравномерность АЧХ канала и фазочастотная характеристика (ФЧХ) канала YY определяют в основном искажения формы несинусоидальных входных сигналов.

4. 3. 2. Погрешность взаимодействия    В осциллографических измерениях, как и в4. 3. 2. Погрешность взаимодействия В осциллографических измерениях, как и в других измерениях, присутствует погрешность взаимодействия прибора с объектом исследования (ОИ) — — источником сигнала, которая определяется соотношением выходного сопротивления источника и комплексного входного сопротивления (импеданса) ЭЛО. .

 Так как осциллограф является измерителем напряжения, то, чем больше его входное сопротивление по Так как осциллограф является измерителем напряжения, то, чем больше его входное сопротивление по сравнению с выходным сопротивлением источника сигнала, тем лучше

   А поскольку ЭЛО подключается к источнику сигнала с помощью входного соединительного А поскольку ЭЛО подключается к источнику сигнала с помощью входного соединительного кабеля, то необходимо учитывать как входные параметры собственно прибора, так и параметры кабеля. .

 При подключении ЭЛО к объекту исследования важное значение имеют правильный выбор входного кабеля При подключении ЭЛО к объекту исследования важное значение имеют правильный выбор входного кабеля , учет и согласование параметров источника сигнала, кабеля и собственно осциллографа.

 Входные кабели (ВК) по своим возможностям делятся на пассивные и активные.  Входные кабели (ВК) по своим возможностям делятся на пассивные и активные. Группа пассивных (не содержащих активных элементов) ВК — наиболее массовая группа и делится, в свою очередь, на кабели без деления (без уменьшения) входного сигнала (1: 1) и кабели с делением сигнала (10: 1; 100: 1).

 Коаксиальный кабель представляет собой распределенную электрическую емкость.  Удельная емкость коаксиального кабеля обычно Коаксиальный кабель представляет собой распределенную электрическую емкость. Удельная емкость коаксиального кабеля обычно составляет (50. . . 100) п. Ф на 1 м, поэтому длина ВК имеет существенное значение, так как определяет емкостное сопротивление кабеля и, следовательно, общую входную емкость. Общая входная емкость (с точки зрения источника сигнала) СВХ, , равна сумме емкостей кабеля СК и усилителя СУ, ЭЛО.

   Активное сопротивление кабеля пренебрежимо мало по сравнению с сопротивлением входного усилителя Активное сопротивление кабеля пренебрежимо мало по сравнению с сопротивлением входного усилителя ЭЛО, и его можно не учитывать. Общее входное сопротивление с учетом ВК определяется параллельным соединением активного сопротивления входного усилителя RR УУ и суммарной входной емкости СС ВХВХ. .

 Строго говоря, необходимо также учитывать и емкость собственно контактов щупов (наконечников), подсоединяемых к Строго говоря, необходимо также учитывать и емкость собственно контактов щупов (наконечников), подсоединяемых к ОИ. Типичное значение этой емкости — 2. . 5 п. Ф. Чем меньше общая входная емкость и чем больше входное активное сопротивление, тем лучше, так как тем меньше будет погрешность взаимодействия и, следовательно, шире полоса частот пропускания.

   Пассивные ВК с делением (ВКД) сигнала содержат дополнительную внутреннюю резистивно-емкостную цепь Пассивные ВК с делением (ВКД) сигнала содержат дополнительную внутреннюю резистивно-емкостную цепь (резистор R R и конденсатор С), обеспечивающую увеличение входного активного сопротивления и одновременно уменьшение входной емкости, т. е. расширение полосы частот исследуемых сигналов. Схема включения ВКД показана на рис. 4. 22.

   При соединении ОИ с ЭЛО таким кабелем возникает делитель напряжения, верхнее При соединении ОИ с ЭЛО таким кабелем возникает делитель напряжения, верхнее плечо которого образовано суммарным комплексным сопротивлением резистивно-емкостной цепи кабеля (( RR и С ), а нижнее — параллельным соединением емкостей кабеля СС КК , , усилителя- СС УУ и входного сопротивления RR УУ усилителя ЭЛО.

 На рис. 4. 23 приведена эквивалентная схема подключения такого делителя.   В На рис. 4. 23 приведена эквивалентная схема подключения такого делителя. В этом случае входное активное сопротивление RR ВХВХ (с точки зрения ОП) имеет вид RR ВХВХ = = RR + + RR УУ. .

   Входная емкость СС ВХВХ при этом образована последовательным соединением емкости конденсатора Входная емкость СС ВХВХ при этом образована последовательным соединением емкости конденсатора С С резистивно-емкостной цепи ВКД и суммарной емкости параллельного соединения емкостей кабеля СС КК и и емкости усилителя СС УУ : : СС ВХВХ = = [[ С (С КК + С УУ ) ) ] ] / (С+ С КК + С УУ )) В данном случае суммарная входная емкость заметно уменьшается.

    Пример:  для ВКД с коэффициентом деления 10 : 1. Пример: для ВКД с коэффициентом деления 10 : 1. Известны параметры ЭЛО и ВКД: RR ВХ ВХ = 1 МОм; С ВХВХ = 50 п. Ф; С КК = 50 п. Ф; RR =9 МОм; С= 11 п. Ф. Сумма емкостей кабеля СС КК и усилителя ЭЛО СС У У : : СС КК + С УУ =100 п. Ф Окончательные значения суммарных входного активного сопротивления RR ВХВХ и и емкости СС ВХВХ (с точки зрения источника сигнала) равны соответственно: RR ВХВХ = 10 МОм; СС ВХВХ = IО п. Ф.

   В результате применения такого кабеля получаем значительно лучшие входные параметры прибора В результате применения такого кабеля получаем значительно лучшие входные параметры прибора и, как следствие, лучшие динамические характеристики. . Надо отметить, что использование ВКД пропорционально снижает чувствительность измерения.

 Напряжение ( ( UU 2, поступающее на вход усилителя ЭЛО,  в коэффициент Напряжение ( ( UU 2, поступающее на вход усилителя ЭЛО, в коэффициент деления раз меньше, чем измеряемое напряжение UU 1. 1. В рассмотренном примере при постоянном (или низкочастотном) входном напряжении отношение UU 2 / UU 1= 1= 10, т. е. чувствительность уменьшается в 10 раз. Значение емкости конденсатора С ВКД можно изменять в небольших пределах для настройки частотных свойств делителя.

    Если известны значения суммарных (с учетом соединительного кабеля любого типа) Если известны значения суммарных (с учетом соединительного кабеля любого типа) входного сопротивления и входной емкости, то погрешность взаимодействия для случая синусоидального сигнала оценивается следующим образом: ΔΔ ВЗВЗ = — U [ ( R ИИ / R вхвх ) + 0, 5 (ωτ) ²² ], ], где UU — результат измерения амплитуды; RR ИИ — — сопротивление источника сигнала; RR ВХВХ — — суммарное входное сопротивление ЭЛО; ω ω — — круговая частота сигнала ( ω = 2π ff частота входного сигнала);

 τ = RR ИИ С С ВХВХ  (С (С ВХВХ  — τ = RR ИИ С С ВХВХ (С (С ВХВХ — суммарная входная емкость ЭЛО с кабелем). Первое слагаемое в этой сумме характеризует значение погрешности при постоянном входном напряжении , а второе — при переменном напряжении определенной частоты ω = 2π ff

 Активные ВК содержат усилитель,  который позволяет значительно повысить входное сопротивление ЭЛО и Активные ВК содержат усилитель, который позволяет значительно повысить входное сопротивление ЭЛО и тем самым резко уменьшить погрешность взаимодействия. .

Открытый и закрытый входы ЭЛО   В режиме так называемого открытого входа усилительОткрытый и закрытый входы ЭЛО В режиме так называемого открытого входа усилитель канала YY ЭЛО воспринимает любой сигнал пропорционально его мгновенным значениям.

 На рис. 4. 24, а приведена эквивалентная схема входного каскада усилителя YY ЭЛО На рис. 4. 24, а приведена эквивалентная схема входного каскада усилителя YY ЭЛО в режиме открытого входа, а на рис. 4. 24, 6 показана АЧХ канала Y Y в в этом режиме. В режиме открытого входа ЭЛО воспринимает сигналы в полосе частот от О до ff ВВ , Гц.

    В В режиме закрытого входа усилитель канала Y Y пропускает В В режиме закрытого входа усилитель канала Y Y пропускает только переменную составляющую сигнала и игнорирует (не пропускает) постоянную составляющую. Пусть сигнал uu (( tt ) ) содержит постоянную и переменную составляющие (рис. 4. 25, а)

  Нас интересует только переменная составляющая (скажем, ее амплитуда Um. Um ) ) Нас интересует только переменная составляющая (скажем, ее амплитуда Um. Um ) ) входного сигнала. Для того чтобы обстоятельно исследовать характер изменения и амплитуду только переменной составляющей, необходимо повысить чувствительность канала.

 Но в данном случае,  в режиме открытого входа при соизмеримых значениях амплитуды Но в данном случае, в режиме открытого входа при соизмеримых значениях амплитуды Um. Um переменной составляющей и постоянной составляющей UU OO , невозможно обеспечить требуемое изображение, так как простое увеличение чувствительности канала при такой сумме не дает желаемого результата — изображение выходит за рамки экрана (рис. 4. 25, 6).

   Но если избавиться от постоянной составляющей UU OO  , , Но если избавиться от постоянной составляющей UU OO , , то можно увеличить до необходимого размера только переменную (интересующую нас) составляющую (рис. 4. 25, в). Это возможно в режиме так называемого закрытого входа. В режиме закрытого входа (рис. 4. 26, а) на входе усилителя последовательно включается разделительный конденсатор Ср. Ср , , который как раз и не пропускает постоянную составляющую входного сигнала. Амплитудно-частотная характеристика усилителя Y Y в этом режиме показана на рис. 4. 26, б. В режиме закрытого входа АЧХ имеет полосу частот, начинающуюся не с нуля, а с некоторой нижней частоты ff н. н.

 Условные обозначения режимов открытого и закрытого входов,  которые наносятся на лицевые панели Условные обозначения режимов открытого и закрытого входов, которые наносятся на лицевые панели приборов, могут отличаться для разных приборов (рис. 4. 27). На рис. 4. 27, а приведены обозначения режима открытого входа, а на рис. 4. 27, 6 — режима закрытого входа. Англоязычные аббревиатуры DD С и АС в обозначениях раскрываются так: DD С — DD ii rr есес t t С С urrent — напряжение постоянного тока; АС — АА lternaiting Current — напряжение переменного тока.

4. 3. 3. Субъективная погрешность    Субъективная погрешность может складываться в общем4. 3. 3. Субъективная погрешность Субъективная погрешность может складываться в общем случае из погрешности отсчитывания и грубой ошибки (промаха). Промах непредсказуем и поэтому не может быть заранее оценен. . Погрешность отсчитывания ΔΔ ОТСОТС в системе шкала — стрелка (у стрелочных приборов) и в системе сетка — пятно (у осциллографов) по природе одинаковы. .

 Погрешность отсчитывания содержит две составляющих: интерполяции и параллакса. .  Погрешность интерполяции неизбежно Погрешность отсчитывания содержит две составляющих: интерполяции и параллакса. . Погрешность интерполяции неизбежно возникает всегда, когда требуется количественно выразить положение стрелки, точки, границы отрезка в долях деления, в координатах сетки шкалы экрана ЭЛО. Погрешность интерполяции определяется квалификацией оператора, размерами пятна, расстоянием между соседними делениями шкалы.

  Погрешность параллакса в ЭЛО вызвана тем, что поток электронов вызывает свечение на Погрешность параллакса в ЭЛО вызвана тем, что поток электронов вызывает свечение на внутренней поверхности экрана ЭЛТ, а сетка, как правило, нанесена на внешней поверхности защитного стекла. Именно толщина стекла экрана и защитного стекла (аналог расстояния между стрелкой и шкалой у стрелочных приборов) и рождает эту погрешность.

 Количественную оценку этих составляющих в различных изданиях предлагается осуществлять по-разному. Предлагаем для простоты Количественную оценку этих составляющих в различных изданиях предлагается осуществлять по-разному. Предлагаем для простоты и легкости запоминания оценивать значения этих составляющих одинаково (по одной десятой веса одного деления сетки экрана): ΔΔ ОТСОТС = (0, 1 α + 0, 1 α) = ± 0. 2 α, где α — вес одного деления шкалы экрана по оси Y Y или Х.

 У некоторых моделей ЭЛО сетка нанесена на обеих поверхностях (внешней и внутренней) защитного У некоторых моделей ЭЛО сетка нанесена на обеих поверхностях (внешней и внутренней) защитного стекла. Использование этой конструктивной особенности позволяет уменьшить погрешность параллакса до пренебрежимо малых значений. В этом случае следует учитывать только первую составляющую — погрешность интерполяции: ΔΔ ** ОТСОТС =0, 1α

 Если в ЭЛО имеется режим цифрового отсчета значений амплитудных и временных параметров, то Если в ЭЛО имеется режим цифрового отсчета значений амплитудных и временных параметров, то погрешность отсчитывания вообще отсутствует. .

4. 4. ОЦЕНКА ПОГРЕШНОСТЕЙ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ 4. 4. 1. Режим линейной развертки (режим YY4. 4. ОЦЕНКА ПОГРЕШНОСТЕЙ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ 4. 4. 1. Режим линейной развертки (режим YY —— tt )) В случае осциллографических измерений значения амплитудных и временных параметров сигнала находят по его изображению на экране (т. е. по осциллограмме) посредством определения размеров линейных отрезков. Поэтому, во избежание значительных погрешностей, важно выбирать оптимальные значения коэффициентов отклонения по каналам YY и Х, т. е. такие, при которых интересующий нас параметр представляется отрезком наибольшей возможной (в пределах сетки экрана) длины.

 Чем меньше размер нужного параметра на осциллограмме, тем хуже, так как тем больше Чем меньше размер нужного параметра на осциллограмме, тем хуже, так как тем больше относительная погрешность его определения

  Пример расчета предельных инструментальных и субъективных погрешностей результата измерения временных параметров. Пример расчета предельных инструментальных и субъективных погрешностей результата измерения временных параметров. По изображению периодического сигнала требуется определить значения длительности импульса и периода повторения Т импульсной последовательности (рис. 4. 28, а), а также оценить инструментальные погрешности результатов. .

 Известны значения коэффициента отклонения по оси Х (скорости развертки) КК Х 1 Х Известны значения коэффициента отклонения по оси Х (скорости развертки) КК Х 1 Х 1 = 200 мкс/дел. и его относительная погрешность δδ Х 1 Х 1 = ±З %. Результат измерения периода Т(см. рис. 4. 28, а): Т= 6, 5 дел · 200 мкс/дел. = = = 1300 мкс.

 Инструментальная статическая Δ ИИ , и субъективная (отсчитывания) Δ СС  составляющие общей Инструментальная статическая Δ ИИ , и субъективная (отсчитывания) Δ СС составляющие общей погрешности ΔΔ результата измерения периода Т равны, соответственно: ΔΔ ИИ = (δХ 1 Т) / IОО = (± 3 · 1300) / 100 = ± 39 мкс; ΔΔ СС = ± 2(0, 1· дел. ) = 2(0, 1 · 200) = ± 40 мкс. Окончательная запись результата измерения периода Т в этом эксперименте выглядит следующим образом: Т= 1300 мкс; Δ = ± 79 мкс; р ДОВДОВ =1=

 Результат измерения длительности импульса ττ И 1 И 1 на этой (первоначально выбранной) Результат измерения длительности импульса ττ И 1 И 1 на этой (первоначально выбранной) скорости развертки (см. рис. 4. 28, а) определяется следующим образом: ττ И 1 И 1 = 1, 3∙ 200 = 260 мкс. Инструментальная ΔΔ И 1 И 1 и субъективная ΔΔ С 1 С 1 составляющие, а также общая абсолютная погрешность измерения ΔΔ 11 в этом (первом) измерении равны, соответственно: ΔΔ И 1 И 1 = (δ Х 1 Х 1 τ τ И 1 И 1 ) /) / IОО = (± 3· 2 б 0)/100 = ± 7, 8 мкс; ΔΔ С 1 С 1 = ± 2(0, 1·дел. ) 2(0, 1· 200) = ± 40 мкс; ΔΔ 11 = ± 47, 8 мкс.

 Предельное значение суммарной относительной погрешности измерения длительности импульса при этом составит:  δδ Предельное значение суммарной относительной погрешности измерения длительности импульса при этом составит: δδ 11 = (Δ· 100)/ τ И 1 И 1 = ± (47, 8 · 100) / 260 = ± 18, 4 %.

    Такое значение погрешности может оказаться недопустимо большим. В этом случае Такое значение погрешности может оказаться недопустимо большим. В этом случае целесообразно для повышения точности измерения длительности импульса перейти на другой коэффициент отклонения (развертки), например, изменить на коэффициент КХ 2 = 50 мкс/дел. (рис. 4. 28, 6).

 Предположим, что погрешность δδ Х 2 Х 2  при этом значении коэффициента Предположим, что погрешность δδ Х 2 Х 2 при этом значении коэффициента отклонения (на этом диапазоне развертки) отличается от предыдущего и равна δ δ Х 2 = ± 4 %. В этом эксперименте (см. рис. 4. 28, 6) результат измерения длительности импульса τ И 2 И 2 составит, допустим: ττ И 2 И 2 = 5, 150 = 255 мкс.

 Предельные значения инструментальной ΔΔ И 2 И 2 и субъективной Δ С 2 Предельные значения инструментальной ΔΔ И 2 И 2 и субъективной Δ С 2 С 2 составляющих, а также общие абсолютная Δ 22 и и относительная δ 2 погрешности измерения в этом (втором) измерении соответственно равны: ΔΔ И 2 И 2 = (δХ 2 τИ 2)/100 = ±(4 · 255)/100 = ± 10, 2 мкс; ΔΔ С 2 С 2 =± 2(0, 1· дел. ) =± 2(0, 1 50) = ± 10 мкс; ΔΔ 22 = ± 20, 2 мкс; δδ 22 = (Δ 22 100)/ти 22 = ± (20, 2 100)/255=± 7, 9 %.

 Окончательная запись результата измерения длительности импульса ττ И 2 И 2 (во втором Окончательная запись результата измерения длительности импульса ττ И 2 И 2 (во втором эксперименте) выглядит следующим образом: ττ И 2 = 255 мкс; Δ 22 = ± 20 мкс; рр ДОВДОВ =

 При измерении амплитудных и временных параметров надо всегда стремиться выбирать такие значения коэффициентов При измерении амплитудных и временных параметров надо всегда стремиться выбирать такие значения коэффициентов отклонения по осям, при которых искомые параметры были бы представлены возможно большими линейными отрезками на экране На рис. 4. 29. . . 4. 31 показаны примеры неправильного и правильного выбора значений коэффициентов отклонения по осям в некоторых, наиболее часто встречающихся экспериментах. . .

Измерение временных параметров Измерение временных параметров

     На рис. 4. 32, а показано изображение входного сигнала На рис. 4. 32, а показано изображение входного сигнала на экране, которое соответствовало бы идеальной АЧХ канала YY , а на рис. 4. 32, б— осциллограмма при реальной АЧХ.

 Даже при заметных амплитудных погрешностях воспроизведения и значительных временных задержках линейные отрезки, соответствующие Даже при заметных амплитудных погрешностях воспроизведения и значительных временных задержках линейные отрезки, соответствующие периодам в осциллограммах, одинаковы, поэтому результаты измерения периода и в том, и в другом случаях равны: Т 1 = Т 2.

 В некоторых экспериментах можно выполнить коррекцию (исправление) результата. Например, при измерении длительности фронта В некоторых экспериментах можно выполнить коррекцию (исправление) результата. Например, при измерении длительности фронта τф импульсных сигналов полезно ввести поправку в результат измерения: τф * = √ τф2 — τн 2 где τф * — скорректированный (исправленный) результат измерения; τфτф — — значение длительности фронта, найденное по осциллограмме; ττ НН – время нарастания.

   Время нарастания связано с верхней границей ff ВВ  полосы пропускания Время нарастания связано с верхней границей ff ВВ полосы пропускания канала YY соотношением ττ НН = 0, 35 / ff ВВ

 Например , ,  если верхняя граница пропускания канала YY ,  , Например , , если верхняя граница пропускания канала YY , , ff ВВ = 10 МГц и результат предварительного измерения длительности фронта ττ фф = 75 н cc , то оценить значение времени нарастания ττ НН и затем найти исправленный результат измерения длительности фронта τ*τ* фф можно следующим образом: ττ НН = = ( 0, 35/10 )) · 10 ** 6 6 = 35 нс; ττ фф * * = 66 нс.

4. 4. 2. Режим У—Х   При измерении частоты методом фигур Лиссажу (одной4. 4. 2. Режим У—Х При измерении частоты методом фигур Лиссажу (одной из реализаций метода сравнения) ЭЛО выступает в необычной (нехарактерной) роли — в качестве нулевого индикатора, показывающего удобное соотношение частот.

  Погрешности коэффициентов отклонения (в том числе нелинейность) и погрешности отсчитывания по обеим Погрешности коэффициентов отклонения (в том числе нелинейность) и погрешности отсчитывания по обеим осям при этом не имеют значения, так как не масштабы и не пропорции изображения определяют результат, а соотношение конечных чисел (точек пересечения фигуры мысленными секущими).

   Погрешность результата при неподвижном изображении определяется только погрешностью задания известной (образцовой) Погрешность результата при неподвижном изображении определяется только погрешностью задания известной (образцовой) частоты генератора. Например, сигнал неизвестной частоты подан на вход Х ЭЛО, а выход генератора подключен ко входу YY , и изменением частоты его напряжения получена устойчивая фигура,

 то абсолютная погрешность результата измерения связана с абсолютной погрешностью задания частоты генератора тем то абсолютная погрешность результата измерения связана с абсолютной погрешностью задания частоты генератора тем же соотношением, что и частоты. . Относительная погрешность определения неизвестной частоты совпадает с относительной погрешностью частоты генератора

    Допустим, неподвижное изображение фигуры Лиссажу (рис.  4. 33) получено Допустим, неподвижное изображение фигуры Лиссажу (рис. 4. 33) получено при частоте сигнала генератора, поданного на вход Y Y ff YY == 1040 Гц. Относительная погрешность задания этой частоты δδ YY = 1%. Соотношение числа точек пересечения фигуры вертикальной и горизонтальной секущими NN В / NN Г = 6/4, т. е. значение неизвестной частоты fx fx на входе Х равно: f. X = = f. Y ( ( NN В / NN Г ) = 1040 · (6/4) = 1560 Гц. Гц

 Значения абсолютной погрешности частоты генератора Δ YY и абсолютной погрешности Δ XX определения Значения абсолютной погрешности частоты генератора Δ YY и абсолютной погрешности Δ XX определения неизвестной частоты f. X равны соответственно: ΔΔ YY = (δ XX f f YY )) / 1 ОО = (± 1· 1040) / 100 = = ± 10, 4 Гц; ΔΔ XX = = ΔΔ YY ( N ВВ / N ГГ ) ) = ± 10, 4 · (6/4) = = = ±± 15, 6 Гц

   Относительные погрешности частоты генератора f. Y и оценки неизвестной частоты ff Относительные погрешности частоты генератора f. Y и оценки неизвестной частоты ff х равны: δ X X = = δδ YY = 1%. Запись окончательного результата данного эксперимента выглядит так: FF XX = 1560 Гц; ΔXΔX = ± 15, 6 Гц. ; рр дов = 1= 1 Погрешность измерения сдвига фаз методом эллипса , в отличие от предыдущего случая, зависит от характеристик каналов ЭЛО. .

 Аддитивные и мультипликативные  составляющие погрешностей каналов YY и Х в этом режиме Аддитивные и мультипликативные составляющие погрешностей каналов YY и Х в этом режиме не влияют на результат, так как длины отрезков а и Ь (или отрезков с и dd в в выражении для определения φ (см. подразд. 4. 2): φ = агс sin (а/Ь) φ = агс sinsin (с/(с/ dd )) не зависят от аддитивного смещения, а пропорциональное изменение их размеров не меняет отношения их длин (а/Ь или с/ dd ). ).

    Погрешность результата измерения в методе эллипса определяется только погрешностями линейности Погрешность результата измерения в методе эллипса определяется только погрешностями линейности и разностью фазовых сдвигов Δφ усилителей каналов Y Y и Х.

 Рассмотрим влияние разности фазовых сдвигов Δφ на погрешность измерения. .   Рассмотрим влияние разности фазовых сдвигов Δφ на погрешность измерения. . Если бы у обоих каналов фазовые сдвиги были одинаковыми (неважно какими конкретно), то Δφ была бы равна нулю (Δφ = 0) и при одновременной подаче на оба входа одного и того же синусоидального сигнала на экране возникло бы изображение отрезка прямой линии (рис. 4. 34, а).

 У реального же ЭЛО имеет место неравенство фазовых сдвигов,  поэтому в этом У реального же ЭЛО имеет место неравенство фазовых сдвигов, поэтому в этом случае вместо отрезка прямой на экране будет небольшой (узкий) эллипс (рис. 4. 34, 6).

  Вследствие этого в реальном измерительном эксперименте по оценке фазового сдвига ( между Вследствие этого в реальном измерительном эксперименте по оценке фазового сдвига ( между исследуемыми сигналами мы получим на экране эллипс (рис. 4. 34, в), размеры которого не будут соответствовать идеальным, а будут отражать сумму искомого фазового сдвига φ ( и разности Δφ (т. е. быть несколъко большими).

 Длина отрезка сс РР , на реальной осциллограмме будет больше, чем в идеальном Длина отрезка сс РР , на реальной осциллограмме будет больше, чем в идеальном случае сс ИИ , что и приведет к погрешности измерения фазового сдвига ( (рис. 4. 34, г). При желании эту погрешность можно оценить перед экспериментом и затем скорректировать результат

5. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЕ ТОКА,  НАПРЯЖЕНИЯ, МОЩНОСТИ И  ЭНЕРГИИ 5. 1. ИЗМЕРЕНИЕ ПОСТОЯННОГО5. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЕ ТОКА, НАПРЯЖЕНИЯ, МОЩНОСТИ И ЭНЕРГИИ 5. 1. ИЗМЕРЕНИЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА, НАПРЯЖЕНИЯ И КОЛИЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСТВА Постоянный ток и напряжение измеряются в основном с помощью магнитоэлектрических амперметров и вольтметров с пределами измерений 0, 1 мк. А. . . б к. А и 0, 3 м. В. . . 1, 5 к. В, а также с помощью аналоговых электромагнитных, электродинамических, ферродинамических, электростатических, цифровых приборов, потенциометров (компенсаторов) постоянного тока.

   Для определения малых количеств электричества быстропротекающих импульсов тока используются баллистические гальванометры, Для определения малых количеств электричества быстропротекающих импульсов тока используются баллистические гальванометры, для больших количеств электричества — кулонометры.

 Выбор измерителя обусловлен мощностью объекта измерения и необходимой точностью. При включении прибора в Выбор измерителя обусловлен мощностью объекта измерения и необходимой точностью. При включении прибора в измерительную цепь он изменяет ее параметры.

   Для уменьшения методической погрешности при измерении напряжения сопротивление вольтметра должно быть Для уменьшения методической погрешности при измерении напряжения сопротивление вольтметра должно быть как можно большим, а при измерении тока сопротивление амперметра — как можно меньшим. Тогда и потребление мощности от объекта измерения будет малым.

 Измерительный механизм магнитоэлектрических амперметров и вольтметров принципиально не различаются, а в зависимости от Измерительный механизм магнитоэлектрических амперметров и вольтметров принципиально не различаются, а в зависимости от назначения прибора меняется его измерительная цепь.

  В амперметрах ИМ непосредственно или с помощью шунта включается в цепь последовательно В амперметрах ИМ непосредственно или с помощью шунта включается в цепь последовательно с нагрузкой. В вольтметрах последовательно с ИМ включается добавочный резистор, и прибор подключается к тем точкам схемы, между которыми необходимо измерить напряжение

   Характер измерительной цепи также определяется допустимой температурной погрешностью и пределом измерения Характер измерительной цепи также определяется допустимой температурной погрешностью и пределом измерения прибора. Для компенсации температурной погрешности необходимо применять специальные схемы температурной компенсации.

   Измерение малых токов и напряжений.    Прямое измерение Измерение малых токов и напряжений. Прямое измерение этих физических величин выполняют с помощью: — гальванометров магнитоэлектрической системы (от 0, 1 н. А и от 1 н. В), — цифровых пикоамперметров (от 1 н. А), — микровольтметров (от 10 мк. В), — — нановольтметров (от 1 н. В), — компенсаторов (от 1 мк. В).

 Косвенное измерение   осуществляют:   - с помощью компенсаторов (до 10 Косвенное измерение осуществляют: — с помощью компенсаторов (до 10 н. А); — по величине заряда конденсатора (до 1 н. А); — электрометров (до 10 н. А).

НАНОВОЛЬТМЕТР ПОСТОЯННОГО ТОКА В 2 -39 НАНОВОЛЬТМЕТР ПОСТОЯННОГО ТОКА В 2 —

Нановольтметр постоянного напряжения В 2 -39 Чувствительность 1 н. В Высокая точность измерений 0,Нановольтметр постоянного напряжения В 2 -39 Чувствительность 1 н. В Высокая точность измерений 0, 004% 6, 5 разрядный ЖК-индикатор 9 сервисных программ Интерфейс II ЕЕЕ-488 Аналоговый выход Самодиагностика

Нановольтметр постоянного напряжения В 2 -39 обеспечивает измерение напряжений обеих полярностей в диапазоне отНановольтметр постоянного напряжения В 2 -39 обеспечивает измерение напряжений обеих полярностей в диапазоне от 1 н. В до 1000 В и отличается высокой чувствительностью, точностью и стабильностью нулевого уровня.

 Имеет такие встроенные функции,  как цифровая фильтрация с измеряемой постоянной времени от Имеет такие встроенные функции, как цифровая фильтрация с измеряемой постоянной времени от 1 до 64 сек. , запоминание и просмотр100 результатов измерений, вычитание начального смещение поддиапазона измерений, аналоговый выход.

 Способность автокалибровки и возможность компенсации внешних дестабилизирующих факторов обеспечивает высокую точность измерение малых Способность автокалибровки и возможность компенсации внешних дестабилизирующих факторов обеспечивает высокую точность измерение малых значений напряжение постоянного тока.

Серия универсальных электрометрических  вольтметров  В 7 -57/1, /2 Измерение сверхмалых токов, зарядов,Серия универсальных электрометрических вольтметров В 7 -57/1, /2 Измерение сверхмалых токов, зарядов, больших сопротивлений 5, 5 разрядный ЖК-индикатор. Измерение напряжения от источников с выходным сопротивлением до 1018 Ом Высокая точность измерения 10 сервисных программ. Интерфейс IЕЕЕ-488 Аналоговый выход В 7 -57/1 — базовая модель В 7 -57/2 — модель с повышенной чувствительностью

ЭЛЕКТРОМЕТРИЧЕСКИЙ ВОЛЬТМЕТР В 7 -57/1, /2 ЭЛЕКТРОМЕТРИЧЕСКИЙ ВОЛЬТМЕТР В 7 -57/1, /

Измерение небольших количеств электричества. .  Для измерения небольших количеств электричества в кратковременных импульсахИзмерение небольших количеств электричества. . Для измерения небольших количеств электричества в кратковременных импульсах тока применяют баллистический гальванометр (БГ). Он является разновидностью магнитоэлектрического гальванометра.

 В отличие от обычных магнитоэлектрических гальванометров, БГ имеет искусственно увеличенный момент инерции подвижной В отличие от обычных магнитоэлектрических гальванометров, БГ имеет искусственно увеличенный момент инерции подвижной части за счет увеличения ее веса и, следовательно, значительно больший период собственных колебаний, равный 15. . . 30 с.

Измерения больших количеств электричества Для измерения количества электричества, протекающего за большой промежуток времени (несколькоИзмерения больших количеств электричества Для измерения количества электричества, протекающего за большой промежуток времени (несколько часов), применяют кулон-метры. Длительность измеряемых импульсов 0, 05. . . 0, 2 с, амплитуда 2. . . 200 м. А, форма импульсов прямоугольная.

 Прибор имеет магнитоэлектрический ИМ,  особенностью которого является отсутствие противодействующего момента. Подвод тока Прибор имеет магнитоэлектрический ИМ, особенностью которого является отсутствие противодействующего момента. Подвод тока к обмотке рамки осуществляется с помощью безмоментных спиралей.

 Обмотка рамки выполнена из медного провода, намотанного на толстый алюминиевый каркас, в котором Обмотка рамки выполнена из медного провода, намотанного на толстый алюминиевый каркас, в котором при движении рамки индуцируется ток, создающий тормозной момент. Под действием вращающего и тормозного моментов рамка поворачивается с постоянной, пропорциональной току, скоростью в течение всего времени, пока длится импульс тока.

Измерение ЭДС. Для этих целей используют компенсатор постоянного тока.  Существуют электромеханические,  гальванометрическиеИзмерение ЭДС. Для этих целей используют компенсатор постоянного тока. Существуют электромеханические, гальванометрические и электрометрические компенсаторы, которые отличаются чувствительностью и входным сопротивлением.

   Для измерения ЭДС источников с большим внутренним сопротивлением или напряжений в Для измерения ЭДС источников с большим внутренним сопротивлением или напряжений в высокоомных цепях целесообразно использовать дифференциальный метод измерения (входное сопротивление магнитоэлектрических или электронных вольтметров может быть недостаточным )

Измерение больших постоянных токов.     Для токов более 10 к. АИзмерение больших постоянных токов. Для токов более 10 к. А наиболее простой способ измерения — параллельное включение шунтов и использование магнитных преобразователей. Для более точных измерений (порядка 0, 01 %) больших токов служат преобразователи из меди в виде стержня с определенным диаметром, имеющим приспособление для включения в разрыв шины с током.

ТОКОВЫЙ ШУНТ ТОКОВЫЙ ШУНТ

      Токовый шунт IОА Применяется для расширения предела измерения Токовый шунт IОА Применяется для расширения предела измерения токов универсальных Вольтметров, мультиметров. Изменение сопротивления шунта при изменении постоянного тока от 2 А до 10 А не более ±± 0, 5%

Измерение высоких напряжений. .    Измерение напряжений до 1, 5 к. ВИзмерение высоких напряжений. . Измерение напряжений до 1, 5 к. В осуществляется магнитоэлектрическими вольтметрами с добавочными резисторами. При более высоких напряжениях (до 300 к. В) целесообразно включать электростатические вольтметры или обычные вольтметры через измерительные трансформаторы напряжения.

ДЕЛИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ ДЕЛИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

Делитель напряжения высоковольтный (ДНВ )) Коэффициентделения 1: 1000, 1: 2000 Погрешность коэффициентов деления 0,Делитель напряжения высоковольтный (ДНВ )) Коэффициентделения 1: 1000, 1: 2000 Погрешность коэффициентов деления 0, 5% Применяется совместно с вольтметрами В 7 -53, В 7 -53/1, в 7 -54/2, В 7 -54/3, В 7 -58, В 7 -58/1, В 7 -58/2, МП-], В 7 -40, В 7 -65 Применяется для расширения предела измерения постоянного напряжения в диапазоне от 1 до 30 к. В универсальных вольтметров, мультиметров с входным сопротивлением не менее 10 МОм.

СЕРИЯ УНИВЕРСАЛЬНЫХ ЦИФРОВЫХ ВОЛЬТМЕТРОВ В 7 -73, В 7 -73/1, /2 СЕРИЯ УНИВЕРСАЛЬНЫХ ЦИФРОВЫХ ВОЛЬТМЕТРОВ В 7 -73, В 7 -73/1, /

 5. 2. ИЗМЕРЕНИЕ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ Для оценки величины переменного тока и 5. 2. ИЗМЕРЕНИЕ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ Для оценки величины переменного тока и напряжения используют действующие, амплитудные и средние значения. Если сигнал синусоидален, то эти значения жестко связаны между собой через коэффициенты формы кривой Кф. Кф = = UU ДД / / UU CPCP = 1, 11 и коэффициент амплитуды КК АА = = Umax / / UU ДД = 1, 41.

 Переменный ток и напряжение можно измерить с помощью измерительных механизмов (ИМ) всех систем. Переменный ток и напряжение можно измерить с помощью измерительных механизмов (ИМ) всех систем. В этом случае магнитоэлектрические приборы (выпрямительные, термоэлектрические и электронные) используются с преобразователями переменного тока в постоянный.

 В приборах, предназначенных для измерения среднего и амплитудного значения, делается соответствующая отметка В приборах, предназначенных для измерения среднего и амплитудного значения, делается соответствующая отметка Обычно они градуируются в действующих значениях тока или напряжения.

    Электромагнитные амперметры и вольтметры. Амперметры на токи 250. . . Электромагнитные амперметры и вольтметры. Амперметры на токи 250. . . 300 А непосредственно в цепь не включаются из-за сильного влияния на показания приборов, магнитного поля токоподводящих проводов и значительного нагрева шины.

 Предел измерения изменяют путем секционирования обмотки катушки и включения секций последовательно или параллельно. Предел измерения изменяют путем секционирования обмотки катушки и включения секций последовательно или параллельно. Для переключения секций применяют штепсельные и рычажные переключающие устройства.

 Расширение пределов измерения на переменном токе производится при помощи измерительных трансформаторов тока. Расширение пределов измерения на переменном токе производится при помощи измерительных трансформаторов тока.

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ- ТОКОВЫЕ КЛЕЩИ  КТ-1 И КТ-2 ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ- ТОКОВЫЕ КЛЕЩИ КТ-1 И КТ-

Клещи токоизмерительные КТ-1 Измерение переменного тока 1 -500 А Функция удержания показаний 3, 5Клещи токоизмерительные КТ-1 Измерение переменного тока 1 -500 А Функция удержания показаний 3, 5 разрядный светодиодный индикатор диапазон рабочих температур от -10° С до +400 С

Клещи токоизмерительные КТ-2 Измерение: переменного тока 1 -500 А; напряжения переменного тока 10 -500Клещи токоизмерительные КТ-2 Измерение: переменного тока 1 -500 А; напряжения переменного тока 10 -500 В; сопротивления постоянному току 10 -200 Ом Ручной выбор пределов измерений

Клещи КТ-1 и КТ-2 обеспечивают измерение силы переменного тока при охвате проводника с наружнымКлещи КТ-1 и КТ-2 обеспечивают измерение силы переменного тока при охвате проводника с наружным диаметром не более 35 мм или шины размером не более 20 х50 мм. Функция удержания показаний позволяет производить измерения в труднодоступном месте.

 Для расширения пределов измерения электромагнитных вольтметров применяют добавочные сопротивления и секционирование; для измерения Для расширения пределов измерения электромагнитных вольтметров применяют добавочные сопротивления и секционирование; для измерения больших напряжений (свыше 500 В) на переменном токе — измерительные трансформаторы напряжения.

 Собственное магнитное поле электромагнитных приборов невелико, поэтому внешние магнитные поля влияют на показания Собственное магнитное поле электромагнитных приборов невелико, поэтому внешние магнитные поля влияют на показания приборов. Для защиты от внешних магнитных полей используют экранирование.

  На переменном токе возникает частотная погрешность, так как в сердечнике и в На переменном токе возникает частотная погрешность, так как в сердечнике и в других металлических частях возникают вихревые токи, оказывающие размагничивающее действие на сердечник, вследствие чего вращающий момент на переменном токе будет немного меньше, чем на постоянном. Частотный диапазон — до 2000. . . 3000 Гц, классы точности: 1, 5; 2, 5.

Электродинамические амперметры и вольтметры. .  У У амперметров при токах до 0, 5Электродинамические амперметры и вольтметры. . У У амперметров при токах до 0, 5 А неподвижные и подвижные катушки соединяются последовательно. При таком соединении катушек компенсация частотной и температурной погрешностей не требуется, так как изменения температуры tt ºº и частоты ff ‚до 3000 Гц незначительно влияют на показания приборов.

 При токах больше 0, 5 А подвижная катушка соединяется параллельно с неподвижной (так При токах больше 0, 5 А подвижная катушка соединяется параллельно с неподвижной (так как последовательное соединение вызвало бы перегрев и изменение свойств токоподводящих пружин). В этом случае необходима компенсация температурной и частотной погрешностей

 У У вольтметров неподвижная и подвижная катушки включаются последовательно. для расширения пределов измерения У У вольтметров неподвижная и подвижная катушки включаются последовательно. для расширения пределов измерения применяют секционирование и измерительные трансформаторы напряжения

Ферродинамические амперметры и вольтметры. .  Они имеют такие же измерительные схемы включения неподвижныхФерродинамические амперметры и вольтметры. . Они имеют такие же измерительные схемы включения неподвижных и подвижных катушек, что и электродинамические приборы. Ферродинамические приборы, кроме температурной и частотной погрешностей, обладают специфическими погрешностями, вызванными наличием сердечника:

 •  •  погрешностью от нелинейности кривой намагничивания;  •  • • • погрешностью от нелинейности кривой намагничивания; • • погрешностью от потерь в материале на гистерезис и вихревые токи (магнитопровод изготовляют из материала с малой коэрцитивной силой). Для расширения пределов измерения используют те же способы, что и для электродинамических приборов.

Электростатические вольтметры (ЭВ).     Схемы включения ЭВ обладают некоторыми особенностями. Электростатические вольтметры (ЭВ). Схемы включения ЭВ обладают некоторыми особенностями. У ЭВ на малые пределы измерения воздушный зазор между пластинами очень мал, поэтому возникает опасность короткого замыкания пластин, а следовательно, и сети при случайных ударах, трясках, вибрациях. для исключения этой опасности внутрь ЭВ встраивается защитный резистор, через который прибор включается в сеть.

  Диапазон частот — 20 Гц. . . 10 МГц.   Расширение Диапазон частот — 20 Гц. . . 10 МГц. Расширение пределов измерения ЭВ на переменном токе осуществляется включением последовательно с ЭВ добавочных конденсаторов или емкостных делителей.

  Применение делителей значительно снижает точность электростатических вольтметров.  Источником погрешности является собственная Применение делителей значительно снижает точность электростатических вольтметров. Источником погрешности является собственная емкость прибора на повышенных частотах. Электростатические вольтметры применяют в основном в качестве лабораторных вольтметров.

  5. 3. ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ И ЭНЕРГИИ В ЦЕПЯХ ПОСТОЯННОГО ТОКА И ПЕРЕМЕННОГО 5. 3. ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ И ЭНЕРГИИ В ЦЕПЯХ ПОСТОЯННОГО ТОКА И ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЫ В настоящее время необходимо измерять мощность и энергию постоянного тока; активную мощность и энергию переменного однофазного и трехфазного токов; реактивную мощность и энергию трехфазного переменного тока; мгновенное значение мощности, а также количество электричества в очень широких пределах.

 Электрическая мощность определяется работой, совершаемой источником электромагнитного поля в единицу времени.  Активная Электрическая мощность определяется работой, совершаемой источником электромагнитного поля в единицу времени. Активная (поглощаемая электрической цепью) мощность Ра. Ра = = UIcosφ = I 2 R = U 2 / R , , (5. 1) где UU , , II — действующие значения напряжения и тока; φ — угол сдвига фаз между ними.

 Реактивная мощность    Рр. Рр = = UIsinφ = = II Реактивная мощность Рр. Рр = = UIsinφ = = II ²² XX Полная мощность РР ПП = = UIUI = = II ²² Z (( 55. 2) Активная, реактивная и полная мощности связаны выражением PP = √ РР ²² аа + + РР ²² рр (5. 3)

 Так, мощность измеряется в пределах 1 Вт. . . 10 ГВт (в цепях Так, мощность измеряется в пределах 1 Вт. . . 10 ГВт (в цепях постоянного и однофазного переменного токов) с погрешностью ±(0, 01. . . 0, 1) %, а при СВЧ ± (1. . . 5) %; реактивная мощность — от единиц варвар до М варвар с погрешностью ± (0, 1. . . 0, 5) %.

   Диапазон измерения электрической энергии определяется диапазонами измерения номинальных токов (1 н. Диапазон измерения электрической энергии определяется диапазонами измерения номинальных токов (1 н. А. . . 10 к. А) и напряжений (1 мк. В. . . 1 МВ), погрешность измерения (± 0, 1. . . 2, 5) %. %. Измерение реактивной энергии представляет интерес только для промышленных трехфазных цепей.

Измерение мощности в цепях постоянного тока. При косвенном измерении мощности используют методы амперметра иИзмерение мощности в цепях постоянного тока. При косвенном измерении мощности используют методы амперметра и вольтметра, а также компенсационного метода.

    Метод амперметра и вольтметра. В этом случае приборы включаются по Метод амперметра и вольтметра. В этом случае приборы включаются по двум схемам (рис. 3. 1). Метод прост, надежен, экономичен, но обладает рядом существенных недостатков: необходимостью снимать показания по двум приборам, необходимостью производить вычисления, невысокой точностью за счет суммирования погрешности приборов.

Рис. 5. 1 Рис. 5.

   Мощность Рх,  вычисленная по показаниям приборов (см. рис. 5. 1, Мощность Рх, вычисленная по показаниям приборов (см. рис. 5. 1, аа ), ), имеет вид Рх = Uv. I АА = = UU (I(I VV + + II НН ) = ( UIUI VV + + UIUI Н )Н ) = = = Р= Р VV + Р+ Р НН Она больше действительного значения мощности, расходуемой в нагрузке РР НН , на значение мощности потребления вольтметра РР VV : : РР НН = = Рх. Рх — — РР VV. .

 Погрешность определения мощности в нагрузке тем меньше, чем больше входное сопротивление вольтметра и Погрешность определения мощности в нагрузке тем меньше, чем больше входное сопротивление вольтметра и меньше сопротивление нагрузки. .

 Мощность РР , вычисленная по показаниям приборов (см. рис. 5. 1,  6), Мощность РР , вычисленная по показаниям приборов (см. рис. 5. 1, 6), имеет вид Рх. Рх = Uv. I АА = I(U AA + U+ U НН ) =) = == UU AA I, + U HH I, = РР AA + + РР НН Она больше действительного значения мощности потребления нагрузки на значение мощности потребления амперметром РР AA. .

 Методическая погрешность тем меньше, чем меньше входное сопротивление амперметра и больше сопротивление нагрузки. Методическая погрешность тем меньше, чем меньше входное сопротивление амперметра и больше сопротивление нагрузки.

Компенсационный метод. . Данный метод применяют тогда,  когда требуется высокая точность измерения мощности.Компенсационный метод. . Данный метод применяют тогда, когда требуется высокая точность измерения мощности. С помощью компенсатора поочередно измеряют ток нагрузки и падение напряжения на нагрузке. Измеряемая мощность определяется по формуле Р = UU HH II HH (5. 4)

 При прямом измерении активная мощность измеряется электромеханическими (электродинамическими и ферродинамическими), цифровыми и электронными При прямом измерении активная мощность измеряется электромеханическими (электродинамическими и ферродинамическими), цифровыми и электронными ваттметрами.

 Электродинамические ваттметры используют как переносные приборы для точных измерений мощности (класс 0, 1. Электродинамические ваттметры используют как переносные приборы для точных измерений мощности (класс 0, 1. . . 2, 5) в цепях постоянного и переменного токов частотой до нескольких тысяч герц; ферродинамические (щитовые) ваттметры — в цепях переменного тока в основном промышленной частоты (класс 1, 5. . . 2, 5).

 В широком диапазоне частот применяют цифровые ваттметры,  основу которых составляют различные преобразователи В широком диапазоне частот применяют цифровые ваттметры, основу которых составляют различные преобразователи мощности (например термоэлектрические), УПТ, микропроцессор и ЦОУ. В цифровых ваттметрах осуществляется автоматический выбор пределов измерений, самокалибровка и предусмотрен внешний интерфейс.

 Для измерения мощности в высокочастотных цепях служат специальные и электронные ваттметры; для измерения Для измерения мощности в высокочастотных цепях служат специальные и электронные ваттметры; для измерения реактивной мощности на низких частотах— реактивные ваттметры (варметры), в которых путем использования специальных схем отклонение подвижной

 Включение электромеханических ваттметров непосредственно в электрическую цепь допустимо при токах нагрузки, не превышающих Включение электромеханических ваттметров непосредственно в электрическую цепь допустимо при токах нагрузки, не превышающих 10. . . 20 А, и напряжениях до 600 В. Мощность при больших токах нагрузки и в цепях высокого напряжения измеряется ваттметром с измерительными трансформаторами тока ТА ТА и напряжения ТТ V V (рис. 5. 2).

Рис. 5. 2. Рис. 5. 2.

Измерение активной мощности в цепях трехфазного тока. . Метод одного ваттметра.  Этот методИзмерение активной мощности в цепях трехфазного тока. . Метод одного ваттметра. Этот метод применяют только в симметричной системе с равномерной нагрузкой фаз, одинаковыми углами сдвига по фазе между векторами II , , UU и с полной симметрией напряжений (рис. 5. 3).

Рис. 5. 3 Рис. 5.

 На рис. 5. 3,  аа нагрузка соединена звездой и нулевая точка доступна. На рис. 5. 3, аа нагрузка соединена звездой и нулевая точка доступна. На рис. 5. 3, 66 нагрузка соединена треугольником и ваттметр включен в фазу. На рис. 5. 3, вв нагрузка соединена треугольником с искусственной нулевой точкой.

 Искусственная нулевая точка создается с помощью двух резисторов, каждый из которых  (Рис. Искусственная нулевая точка создается с помощью двух резисторов, каждый из которых (Рис. 5. 3) равен сопротивлению цепи обмотки напряжения ваттметра (указывается в техническом паспорте на ваттметр).

  Показания ваттметра будут соответствовать мощности одной фазы Рф. Рф , а мощность Показания ваттметра будут соответствовать мощности одной фазы Рф. Рф , а мощность трехфазной сети во всех трех случаях включения прибора будет равна мощности одной фазы, умноженной на три, т. е. Р = З Рф WW

    Метод  двух  ваттметров. Этот метод применяют в трехфазной Метод двух ваттметров. Этот метод применяют в трехфазной трехпроводной цепи независимо от схемы соединения и характера нагрузки как при симметрии, так и при асимметрии токов и напряжений.

 Асимметрия — это система, в которой мощности отдельных фаз различны.  Токовые обмотки Асимметрия — это система, в которой мощности отдельных фаз различны. Токовые обмотки ваттметров включаются в любые две фазы, а обмотки напряжения — на линейные напряжения (рис. 5. 4).

Рис. 5. 4 Рис. 5.

 Полная мощность может быть выражена в виде суммы показаний двух ваттметров. Так, для Полная мощность может быть выражена в виде суммы показаний двух ваттметров. Так, для схемы, приведенной на рис. 5. 4, а, РР = = РР 11 + + РР 22 = I 11 UU 1212 cosψ 11 +I +I 33 UU 3232 cos ψ 22 где ψ 11 — угол сдвига фаз между током II 11 и линейным напряжением UU 1212 ; ψ; ψ 22 — угол сдвига фаз между током II 33 и линейным напряжением UU

 В частном случае при симметричной системе напряжений и одинаковой нагрузке фаз — ψ В частном случае при симметричной системе напряжений и одинаковой нагрузке фаз — ψ 11 = 30° — φ и ψ 22 = 30° — φ — показания ваттметров будут: РР 11 = I 11 UU 1212 сосо s(30° — φφ ); РР 22 = I 3232 сосо s(30° + φφ ). ). При активной нагрузке (φ = 0) показания будут одинаковы, так как РР 11 = Р 22 = = UIUI сосо ss 30°.

 При нагрузке с углом сдвига 60° показания второго ваттметра равны нулю , так При нагрузке с углом сдвига 60° показания второго ваттметра равны нулю , так как РР 2 2 = = UIUI со со ss (30° + φ) = =UI=UI со со ss (30° + 60°) = 0, и в этом случае мощность трехфазной цепи измеряется одним ваттметром.

 При нагрузке с углом сдвига φ больше 60° мощность,  измеряемая вторым ваттметром, При нагрузке с углом сдвига φ больше 60° мощность, измеряемая вторым ваттметром, будет отрицательной, так как (30° + φ) больше 90 °. °.

 В этом случае подвижная часть ваттметров повернется в обратную сторону. Для отсчета необходимо В этом случае подвижная часть ваттметров повернется в обратную сторону. Для отсчета необходимо изменить на 180° фазу тока в одной из цепей ваттметра. В этом случае мощность цепи трехфазного тока равна разности показаний ваттметров: Р =Р 11 + (—Р 22 ) = Р 1 1 — Р— Р 22. .

   Метод трех ваттметров. . Для измерения мощности трехфазной цепи при несимметричной Метод трех ваттметров. . Для измерения мощности трехфазной цепи при несимметричной нагрузке включают три ваттметра. В этом случае общая мощность при наличии нулевого провода будет равна арифметической сумме показаний трех ваттметров.

  Каждый ваттметр измеряет мощность одной фазы, показания ваттметра независимо от характера нагрузки Каждый ваттметр измеряет мощность одной фазы, показания ваттметра независимо от характера нагрузки будут положительные ( параллельная обмотка включается на фазное напряжение, т. е. между линейным проводом и нулевым ). ).

  Если нулевая точка недоступна и нулевой провод отсутствует, то параллельные цепи приборов Если нулевая точка недоступна и нулевой провод отсутствует, то параллельные цепи приборов могут образовать искусственную нулевую точку при условии, что сопротивления этих цепей равны между собой.

  Измерение реактивной мощности в однофазных и трехфазных цепях. .   Измерение реактивной мощности в однофазных и трехфазных цепях. . Несмотря на то, что реактивная мощность не определяет ни совершаемой работы, ни передаваемой энергии за единицу времени, ее измерение также важно. Наличие реактивной мощности приводит к дополнительным потерям электрической энергии в линиях передачи, трансформаторах и генераторах.

   Реактивная мощность измеряется в вольт-амперах реактивных ( варвар ) ) Реактивная мощность измеряется в вольт-амперах реактивных ( варвар ) ) как в однофазных, так и в трехфазных трехпроводных и четырехпроводных цепях переменного тока электродинамическими и ферродинамическими или специально предназначенными для измерения реактивной мощности ваттметрами.

 Отличие реактивного ваттметра от обычного состоит в том, что он имеет усложненную схему Отличие реактивного ваттметра от обычного состоит в том, что он имеет усложненную схему параллельной цепи с целью получения сдвига по фазе, равного 90°, между векторами тока и напряжения этой цепи. Тогда отклонение подвижной части будет пропорционально реактивной мощности Рр = UIsin φφ. . Реактивные ваттметры преимущественно применяются для лабораторных измерений и поверки реактивных счетчиков.

 Для измерения реактивной мощности трехфазной системы при равномерной нагрузке можно пользоваться одним ваттметром Для измерения реактивной мощности трехфазной системы при равномерной нагрузке можно пользоваться одним ваттметром активной мощности, при этом токовую обмотку включают в одну из фаз, а обмотку напряжения — между двумя другими фазами (рис. 5. 5, а).

  Рис. 5. 5. Рис. 5. 5.

 Векторная диаграмма величин,  действующих на измерительную систему ваттметра, представлена на рисунке 5. Векторная диаграмма величин, действующих на измерительную систему ваттметра, представлена на рисунке 5. 5. 6, где сдвиг фаз между током и напряжением равен φ. φ. Применяя формулу вращающего момента ваттметра активной мощности Мвр = с. I U U сосо s φs φ и рассматривая векторную диаграмму для данного способа включения, имеем: PP = = II AA UU ABAB соз (90º — φ) = I U sin φ. .

 Если показание ваттметра умножим на √ 3, то получим общую реактивную мощность трехфазной Если показание ваттметра умножим на √ 3, то получим общую реактивную мощность трехфазной цепи: QQ = √ 3 I Usinφ На практике применяют трехфазные реактивные ваттметры, работающие по схеме двух ваттметров Рис. 5.

   Рис. 5. 6    Рис. 5. 7 Рис. 5. 6 Рис. 5.

 Для включения обмоток напряжения на фазное напряжение здесь создана искусственная нулевая точка О, Для включения обмоток напряжения на фазное напряжение здесь создана искусственная нулевая точка О, образованная сопротивлениями двух обмоток напряжения и добавочным сопротивлением ZZ. . Из векторной диаграммы, изображенной на рисунке 5. 7, запишем:

 Тогда Умножив полученный результат на √ 3, получим общую реактивную мощность всей трехфазной Тогда Умножив полученный результат на √ 3, получим общую реактивную мощность всей трехфазной нагрузки:

Измерение энергии в трехфазных цепях. Энергию измеряют электромеханическими и электронными счетчиками электрической энергии. Измерение энергии в трехфазных цепях. Энергию измеряют электромеханическими и электронными счетчиками электрической энергии. Электронные счетчики электрической энергии обладают лучшими метрологическими характеристиками, большей надежностью и являются перспективными средствами измерений электрической энергии.

 Для учета активной энергии трехфазной системы широко применяют двухэлементные счетчики, представляющие собой совокупность Для учета активной энергии трехфазной системы широко применяют двухэлементные счетчики, представляющие собой совокупность двух однофазных индукционных счетчиков, вращающие моменты которых воздействуют на общие ось и счетный механизм.

 В основу устройства двухэлементного счетчика положен метод, дающий возможность с помощью двух счетчиков В основу устройства двухэлементного счетчика положен метод, дающий возможность с помощью двух счетчиков (ваттметров) определять общую энергию (мощность), потребляемую в трехфазной системе, при этом показания обоих счетчиков суммируются.

 Задача намного упрощается, если объединить два счетчика в один (рис. 5. 8). Оба Задача намного упрощается, если объединить два счетчика в один (рис. 5. 8). Оба диска укрепляют на одной и той же оси, соединенной с одним счетным механизмом. При этом токовые обмотки включают в две фазы, а обмотки напряжения подключают на линейные напряжения между третьей фазой и той, в которую включена токовая обмотка данного элемента счетчика

Рис. 5. 8 Рис. 5.

  Принципиально можно еще более упростить конструкцию двухэлементного счетчика, заставив оба измерительных элемента Принципиально можно еще более упростить конструкцию двухэлементного счетчика, заставив оба измерительных элемента воздействовать на один общий диск. Но взаимодействие этих элементов через токи в одном и том же диске сильно искажает результаты измерений, поэтому двухэлементные счетчики с одним диском не получили распространения.

 На практике применяют трехфазные счетчики реактивной энергии. Учет реактивной энергии диктуется необходимостью определения На практике применяют трехфазные счетчики реактивной энергии. Учет реактивной энергии диктуется необходимостью определения среднего значения со sφsφ , положенного в основу поощрительного и штрафного тарифа, которые установлены для потребителей электрической энергии (один тариф за активную энергию и двойной— за реактивную).

 Этот тариф способствует снижению потребителями реактивной мощности своих установок и, стало быть, приводит Этот тариф способствует снижению потребителями реактивной мощности своих установок и, стало быть, приводит к уменьшению потерь энергии в сети и способствует более рациональному использованию мощности электростанции.

Измерение мощности в цепях повышенной частоты. .  С этой целью можно использовать какИзмерение мощности в цепях повышенной частоты. . С этой целью можно использовать как прямые, так и косвенные измерения. В ряде случаев предпочтительнее могут оказаться косвенные, так как иногда легче измерить ток и напряжение на нагрузке, чем непосредственно мощность.

 Прямые измерения мощности в цепях повышенных и высоких частот осуществляются термоэлектрическими,  электронными Прямые измерения мощности в цепях повышенных и высоких частот осуществляются термоэлектрическими, электронными ваттметрами, основанными на эффекте Холла, цифровыми ваттметрами; косвенные измерения — осциллографическим методом

5. 4. ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ СВЧ  КОЛЕБАНИЙ Большое практическое значение имеет измерение мощности на5. 4. ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ СВЧ КОЛЕБАНИЙ Большое практическое значение имеет измерение мощности на СВЧ. Косвенные методы, изложенные выше, не находят применения, так как токи и напряжения различны в разных сечениях линии передач (стоячие волны) и подключение измерительного прибора меняет режим работы измерительной цепи.

 Поэтому в СВЧ-диапазоне используются методы преобразования электромагнитной энергии в другие виды, например в Поэтому в СВЧ-диапазоне используются методы преобразования электромагнитной энергии в другие виды, например в тепловую, и последующее измерение мощности преобразованной энергии. Различают два основных метода измерения мощности СВЧ-колебаний

 1. Измерение мощности источника электромагнитных колебаний (генератора). Согласно общепринятому определению,  под мощностью 1. Измерение мощности источника электромагнитных колебаний (генератора). Согласно общепринятому определению, под мощностью генератора понимают мощность, отдаваемую в согласованную нагрузку (рис. 5. 9, а). В этом случае измеряемая мощность полностью рассеивается на некотором измерительном эквиваленте нагрузки с последующим измерением мощности теплового процесса

 Такие измерители мощности называются ваттметрами поглощающего тыла.  Так как нагрузка должна полностью Такие измерители мощности называются ваттметрами поглощающего тыла. Так как нагрузка должна полностью поглощать измеряемую мощность, то использование прибора возможно лишь при отключенном потребителе.

 Результат измерения будет наиболее точным, если входное сопротивление прибора полностью согласовано с выходным Результат измерения будет наиболее точным, если входное сопротивление прибора полностью согласовано с выходным сопротивлением исследуемого генератора или волновым сопротивлением линии передачи

Рис. 5. 9. Способы измерения мощности ваттметром:  а-поглощающей мощности,  б-проходящей мощности Рис. 5. 9. Способы измерения мощности ваттметром: а-поглощающей мощности, б-проходящей мощности

2. Измерение электрической мощности, выделяемой в нагрузке , ,  полное сопротивление которой может2. Измерение электрической мощности, выделяемой в нагрузке , , полное сопротивление которой может быть произвольно. В этом случае между генератором и нагрузкой включается устройство, преобразующее в другую форму лишь незначительную часть передаваемой по линии энергии и не нарушающие процесса передачи (рис. 5. 9, 6).

 Измерение мощности с помощью терморезисторов.  Основным методом измерения малых мощностей, на котором Измерение мощности с помощью терморезисторов. Основным методом измерения малых мощностей, на котором построены промышленные ваттметры, является метод измерения проводимости терморезистора при рассеянии в нем электромагнитной энергии. В качестве терморезисторов применяются термисторы и болометры.

 Термистор — полупроводниковый прибор, сопротивление которого  зависит от температуры, а следовательно, от Термистор — полупроводниковый прибор, сопротивление которого зависит от температуры, а следовательно, от рассеиваемой на нем мощности. Температурная характеристика термистора — отрицательная. Чувствительность высокая — от 10 до 100 Ом/м. Вт.

 Болометр — проволочный или пленочный терморезистор с положительной температурной характеристикой.  Болометры менее Болометр — проволочный или пленочный терморезистор с положительной температурной характеристикой. Болометры менее чувствительны, чем терморезисторы, но имеют более стабильные, не зависящие от температуры окружающей среды характеристики

 Термистор или болометр помещают внутрь измерительной головки,  состоящей из отрезка волновода или Термистор или болометр помещают внутрь измерительной головки, состоящей из отрезка волновода или коаксиальной линии. Изменение величины сопротивления терморезистора измеряется обычно с помощью различных мостовых схем. Схема неуравновешенного моста представлена на рис. 5. 10.

Рис. 5. 10. Схема неуравновешенного моста Рис. 5. 10. Схема неуравновешенного моста

 Исходное уравновешивание моста (при отсутствии измеряемой мощности СВЧ) обеспечивают схемой температурной компенсации, состоящей Исходное уравновешивание моста (при отсутствии измеряемой мощности СВЧ) обеспечивают схемой температурной компенсации, состоящей из потенциометра RR плавной регулировки и вспомогательного генератора Г с частотой выходных колебаний 50. . . 100 к. Гц. При равновесии моста ток в измерительной диагонали и показания гальванометра равны нулю

 Измеряемую мощность СВЧ РР подают на термистор. Если схема измерителя согласована с генератором, Измеряемую мощность СВЧ РР подают на термистор. Если схема измерителя согласована с генератором, то мощность полностью рассеивается на термисторе. В результате его сопротивление понизится и через гальванометр начнет протекать ток. Шкалу гальванометра градуируют в единицах мощности, используя калиброванный источник постоянного тока

 К преимуществу измерителей электрической мощности с неуравновешенными мостами относится наглядность индикации результата измерений, К преимуществу измерителей электрической мощности с неуравновешенными мостами относится наглядность индикации результата измерений, а к недостатку — сравнительно малая точность. Последнее объясняется двумя основными причинами

 Во-первых, неизбежное при измерении мощности СВЧ изменение сопротивления термистора влечет за собой нарушение Во-первых, неизбежное при измерении мощности СВЧ изменение сопротивления термистора влечет за собой нарушение согласования сопротивлений термисторной камеры и линии передачи электромагнитных колебаний. Вследствие этого возникает частичное отражение электромагнитной волны от нагрузки, а значит, неполное рассеяние измеряемой мощности на термисторе

 Кроме того, по мере естественного изменения характеристик термистора (или при его замене) нарушается Кроме того, по мере естественного изменения характеристик термистора (или при его замене) нарушается установленное при градуировке соответствие между показаниями прибора и всем терморезистором

 Более высокую точность измерений обеспечивают уравновешенные мосты, в которых измеряемую мощность СВЧ сравнивают Более высокую точность измерений обеспечивают уравновешенные мосты, в которых измеряемую мощность СВЧ сравнивают с калиброванной мощностью постоянного тока. Пример одной из схем измерительного уравновешенного моста с терморезистором представлен на рис. 5. 11.

 Рис. 5. 11. Схема уравновешенного моста. Рис. 5. 11. Схема уравновешенного моста.

 Терморезистор RR , ,  находящийся в головке, включают в одно из плеч Терморезистор RR , , находящийся в головке, включают в одно из плеч моста. Остальными плечами моста являются резисторы RR 1, 1, RR 2, 2, RR 33 равные по величине RR о , RR оо — — сопротивлению терморезистора в рабочей точке.

 Напряжение питания на мост подается через резистор RR 44  сопротивление которого велико. Напряжение питания на мост подается через резистор RR 44 сопротивление которого велико. Параллельно мосту включен делитель из сопротивлений RR 5 5 RR 66. . Резистор RR 66 представляет собой реостат, с движком которого связана отсчетная шкала.

 От сопротивления RR 6 зависит ток через терморезистор, поскольку ток питания моста От сопротивления RR 6 зависит ток через терморезистор, поскольку ток питания моста I =I = II — I, а ток через данный резистор, когда мост уравновешен, I I = 0, 5 I, I, до подачи мощности СВЧ мост сбалансирован за счет двух источников питания: постоянного тока и переменного тока генератора Г.

 При этом положение движка резистора RR 66  такое, чтобы сопротивление RR 6 При этом положение движка резистора RR 66 такое, чтобы сопротивление RR 6 6 было максимальным, если используется термистор, или минимальным, если используется болометр.

 При подаче сигнала СВЧ баланс моста нарушается, и его восстанавливают,  изменяя ток При подаче сигнала СВЧ баланс моста нарушается, и его восстанавливают, изменяя ток питания моста (а следовательно, и терморезистора) с помощью сопротивления RR 66 источника ЕЕ. для термисторов нужно увеличивать шунтирующее действие, т. е. уменьшать RR 66 , а для болометров — наоборот.

 Шкала движка RR 66 градуируется в ваттах. Начальная балансировка моста переменным напряжением генератора Шкала движка RR 66 градуируется в ваттах. Начальная балансировка моста переменным напряжением генератора Г позволяет исключить влияние температуры окружающей среды и сохранить градуировку при старении терморезисторов и их замене.

 Промышленные терморезисторные  ваттметры имеют общую по грешность порядка 4. . . 10 Промышленные терморезисторные ваттметры имеют общую по грешность порядка 4. . . 10 %. Погрешности измерения определяются в основном степенью согласованности нагрузки и качеством измерительной головки.

  Измерение мощности термопарами   Данный метод измерения основан на регистрации значения Измерение мощности термопарами Данный метод измерения основан на регистрации значения термо. ЭДС, возникающей при нагревании термопары энергией СВЧ. Структурная схема ваттметра состоит из приемного термопреобразователя и измерительной части.

 Основным элементом преобразователя является блок высокочастотных дифференциальных термопар,  одновременно выполняющих функции согласованной Основным элементом преобразователя является блок высокочастотных дифференциальных термопар, одновременно выполняющих функции согласованной нагрузки и дифференциального термометра.

 В СВЧ-диапазоне чаще применяют термопары в виде тонких металлических пленок,  напыленных на В СВЧ-диапазоне чаще применяют термопары в виде тонких металлических пленок, напыленных на диэлектрическую подложку. Основным элементом измерительной части прибора является вольтметр постоянного тока с цифровым дисплеем.

 К преимуществам термоэлектрических ваттметров следует отнести малую зависимость результатов измерения от колебаний температуры К преимуществам термоэлектрических ваттметров следует отнести малую зависимость результатов измерения от колебаний температуры окружающей среды и малое время подготовки прибора к работе.

 Недостатки таких ваттметров:  ограниченный верхний уровень динамического диапазона и недостаточная устойчивость к Недостатки таких ваттметров: ограниченный верхний уровень динамического диапазона и недостаточная устойчивость к перегрузкам, ограничивающая допустимое значение средней мощности при измерении импульсных сигналов.

 Существенным недостатком термисторных (и болометрических) ваттметров является ограничение максимального значения измеряемой мощности. Существенным недостатком термисторных (и болометрических) ваттметров является ограничение максимального значения измеряемой мощности. Известно, что стандартные термисторы способны выдерживать без разрушения мощность, не превышающую нескольких десятков милливатт.

 Уровень измеряемой мощности может быть несколько увеличен,  если перед термисторной камерой поместить Уровень измеряемой мощности может быть несколько увеличен, если перед термисторной камерой поместить калиброванный аттенюатор.

 Аттенюатор — устройство,   у которого выходная мощность Р Р в в Аттенюатор — устройство, у которого выходная мощность Р Р в в заданное число раз меньше входной мощности РР. . Результат измерения равен показанию прибора, умноженному на коэффициент ослабления аттенюатора, kk = Р/ Р. .

 Аттенюаторы различают по принципу действия (поглощающие, предельные) и конструкции (волноводные,  коаксиальные, полосковые). Аттенюаторы различают по принципу действия (поглощающие, предельные) и конструкции (волноводные, коаксиальные, полосковые). Они бывают с фиксированным или изменяемым коэффициентом ослабления (затухания).

Схемы поглощающих аттенюаторов для коаксиальнмх линий (а) и волнокодов (б): П —поглотитель. Схемы поглощающих аттенюаторов для коаксиальнмх линий (а) и волнокодов (б): П —поглотитель.

   Волноводный поглощающий аттенюатор представляет собой отрезок волновода,  внутри которого помещен Волноводный поглощающий аттенюатор представляет собой отрезок волновода, внутри которого помещен слой вещества, эффективно поглощающего СВЧ-энергию. Коэффициент ослабления (поглощения) энергии определяется свойствами вещества, а также размерами и расположением поглощающего слоя относительно электрической составляю щей электромагнитного поля волновода.

Схемы предельных аттенюаторов для коаксиальных линий (а) и волноводов (6): 1 — элементы индуктивнойСхемы предельных аттенюаторов для коаксиальных линий (а) и волноводов (6): 1 — элементы индуктивной связи; 2 — элементы ёмкостной связи; З — согласующие резисторы

 В предельных аттенюаторах используется явление экспоненциального затухания электромагнитного поля вдоль волновода, поперечные размеры В предельных аттенюаторах используется явление экспоненциального затухания электромагнитного поля вдоль волновода, поперечные размеры которого выбраны меньше критических для рабочей длины волны.

 Аттенюаторы с плавным изменением коэффициента затухания и шкалой,  проградуированной в децибелах, Аттенюаторы с плавным изменением коэффициента затухания и шкалой, проградуированной в децибелах, применяются в приборах, результат измерения которых фиксируется в относительных единицах.

Калориметрический метод измерения мощности. .  Метод является универсальным и используется во всем радиотехническомКалориметрический метод измерения мощности. . Метод является универсальным и используется во всем радиотехническом диапазоне частот, как для малых, так и для больших мощностей. Метод основан на преобразовании энергии электромагнитных колебаний, поглощаемых согласованной нагрузкой, в тепловую.

  Калориметрические измерители состоят из двух частей: поглощающей нагрузки и измерителя температуры. Калориметрические измерители состоят из двух частей: поглощающей нагрузки и измерителя температуры. Наиболее распространены нагрузки с проточной водой. Мощность, поглощаемая в водяной нагрузке с проточной водой, определяется по разности температур на выходе и входе нагрузки калориметра и по скорости расхода протекающей воды

Рис. 5. 12. Водяная нагрузка калориметрического ваттметра Рис. 5. 12. Водяная нагрузка калориметрического ваттметра

 Схема построения калориметрической нагрузки изображена на рис. 5. 12.  Внутри отрезка волновода Схема построения калориметрической нагрузки изображена на рис. 5. 12. Внутри отрезка волновода 1 закреплен стеклянный конус 2, через который протекает вода. В основание конуса впаяны две трубки 3 и 4. Вода входит в трубку 4, а вытекает через трубку З. Нагрузка соединяется с источником измеряемой мощности соединительным фланцем 5.

 Для определения величины уровня мощности пользуются формулой:      Для определения величины уровня мощности пользуются формулой: Р =4, 17 cc GG dd ΔΔ ТТ , , (5. 6) где с — удельная теплоемкость жидкости (для воды с = 1); GG — расход воды — объем воды, протекающей через нагрузку, см/ cc ; ; dd — удельная масса поглощающей нагрузки; ΔΔ ТТ — разность температур на входе и, выходе калориметра.

 Заполненный водой конус представляет собой нагрузку с большим затуханием. Разность температур измеряется термопарами, Заполненный водой конус представляет собой нагрузку с большим затуханием. Разность температур измеряется термопарами, включенными на входе и выходе воды в нагрузку. Термопары включены встречно, так что индикаторный прибор фиксирует разность температур.

 Калориметрический метод самый точный.  Погрешности образцовых калориметров лежат в пределах 1 , Калориметрический метод самый точный. Погрешности образцовых калориметров лежат в пределах 1 %, а промышленные калориметры обеспечивают погрешность 5. . . 10%.

      Ваттметры проходящей мощности. . Под проходящей мощностью Рпр, Ваттметры проходящей мощности. . Под проходящей мощностью Рпр, понимают разность мощностей падающей и отраженной электромагнитных волн: Рпр = Рпад -Ротр. (5. 7)

 Проходящую мощность электромагнитной волны можно измерить рассмотренными ранее ваттметрами, используемыми совместно с направленными Проходящую мощность электромагнитной волны можно измерить рассмотренными ранее ваттметрами, используемыми совместно с направленными ответвителями

 В волноводных измерителях мощности разделение падающих и отраженных волн СВЧ-энергии удобно производить волноводным В волноводных измерителях мощности разделение падающих и отраженных волн СВЧ-энергии удобно производить волноводным направленным ответвителем, упрощенная структурная схема которого представлена на рис. 5. 13.

 Структура классического направленного ответвителя содержит две волноводвые линии: главную А и вспомогательную В. Структура классического направленного ответвителя содержит две волноводвые линии: главную А и вспомогательную В. По главной линии распространяется падающая волна от генератора к нагрузке и отраженная от нагрузки к генератору. Вспомогательная линия работает в режиме согласования с обеих сторон

 Рис. 5. 13. Использование направленного ответвителя в ваттметрах Рис. 5. 13. Использование направленного ответвителя в ваттметрах

 Расстояние между отверстиями равно четверти длины волны,  распространяющейся в главной линии. Расстояние между отверстиями равно четверти длины волны, распространяющейся в главной линии. Через отверстия сс и и dd падающая и отраженная волны проникают во вспомогательную линию, но фазовые сдвиги волн, проникших через эти отверстия, таковы, что около отверстия dd падающие волны складываются — точка 1, а отраженные — вычитаются и взаимно компенсируются — точка 2.

 Около отверстия сс , наоборот,  складываются отраженные волны — точка З и Около отверстия сс , наоборот, складываются отраженные волны — точка З и взаимно компенсируются падающие — точка 4. В результате падающая волна поступает на ваттметр, а мощность отраженной волны рассеивается на согласованной нагрузке 5.

 Таким образом измеряется мощность падающей волны.  Измерение мощности отраженной волны, необходимое для Таким образом измеряется мощность падающей волны. Измерение мощности отраженной волны, необходимое для определения проходящей мощности, может осуществляться тем же ответвителем, или вторым, развернутым на 180°.

 Измерение мощности преобразователями Холла. Прямое перемножение при измерении мощности можно также получить, используя Измерение мощности преобразователями Холла. Прямое перемножение при измерении мощности можно также получить, используя полупроводниковые преобразователи Холла.

 Если специальную полупроводниковую пластину, по которой течет ток II (показан пунктиром на рис. Если специальную полупроводниковую пластину, по которой течет ток II (показан пунктиром на рис. 5. 14, а), возбуждаемый электрическим полем напряженностью ЕЕ , , поместить в магнитное поле с напряженностью магнитного поля НН (индукцией ВВ ), ),

 то между ее точками, лежащими на прямой, перпендикулярной направлениям тока и магнитного поля, то между ее точками, лежащими на прямой, перпендикулярной направлениям тока и магнитного поля, возникает разность потенциалов (эффект Холла): UU х = k (EH ), Где kk – коэффициент пропорциональности

Рис. 5. 14. Эффект Холла а-возникновение эффекта вэлектромагнитн б-принцип измерения мощности в волноводе Рис. 5. 14. Эффект Холла а-возникновение эффекта вэлектромагнитн б-принцип измерения мощности в волноводе

 Согласно известной в физике теоремы Умова—Пойтинга,  плотность по тока проходящей мощности СВЧ-колебаний Согласно известной в физике теоремы Умова—Пойтинга, плотность по тока проходящей мощности СВЧ-колебаний в некоторой точке поля определяется векторным произведением электрической и магнитной напряженностей этого поля: П = [ ЕН ].

 Отсюда, если ток II будет функцией электрической напряженности ЕЕ , то с помощью Отсюда, если ток II будет функцией электрической напряженности ЕЕ , то с помощью датчика Холла можно получить следующую зависимость напряжения от проходящей мощности: UU = = rr Р Р , , где rr — постоянный коэффициент, характеризующий образец — частоту и пр.

 Для измерения такой мощности пластину полупроводника (пластинку Холла — ПХ) помещают в волновод, Для измерения такой мощности пластину полупроводника (пластинку Холла — ПХ) помещают в волновод, как показано на рис. 5. 14, б. Рассмотренный измеритель проходящей мощности обладает следующими достоинствами: — — может работать при любой нагрузке, а не только при согласованной; — — высокое быстродействие ваттметра дает возможность применять его при измерении импульсной мощности

 Однако практическая реализация ваттметров на эффекте Холла — достаточно сложная задача в силу Однако практическая реализация ваттметров на эффекте Холла — достаточно сложная задача в силу многих факторов. Тем не менее существуют ваттметры, измеряющие проходящую импульсную мощность до 100 к. Вт с погрешностью не более 10%.

      Цифровые ваттметры. Широко внедряемая в последние годы в Цифровые ваттметры. Широко внедряемая в последние годы в измерительной технике автоматизация процесса измерения распространилась и на средства измерения мощности.

 Необходимость в автоматизации средств измерения мощности возникла по двум причинам: во-первых, из-за развития Необходимость в автоматизации средств измерения мощности возникла по двум причинам: во-первых, из-за развития автоматических систем контроля и, во-вторых, из-за сложности управления работой, связанной с балансировкой мостовых схем, которые являются основным элементом любого терморезисторного ваттметра

 В цифровых ваттметрах применяют различные типы преобразователей мощности, в том числе и терморезисторные. В цифровых ваттметрах применяют различные типы преобразователей мощности, в том числе и терморезисторные. Упрощенная структурная схема цифрового ваттметра приведена на рис. 5. 15. Основным элементом схемы является микропроцессор.

Рис. 5. 15. Упрощенная структурная схема цифрового ваттметра Рис. 5. 15. Упрощенная структурная схема цифрового ваттметра

 Усилитель постоянного тока (УПТ) усиливает выходное напряжение термо-электрического приемного преобразователя до значения, Усилитель постоянного тока (УПТ) усиливает выходное напряжение термо-электрического приемного преобразователя до значения, обеспечивающего устойчивую работу блока АЦП.

 Напряжение, пропорцииональное измеряемой мощности,  преобразуется с помощью времяим-пульсного преобразователя (на схеме не Напряжение, пропорцииональное измеряемой мощности, преобразуется с помощью времяим-пульсного преобразователя (на схеме не показан) в интервал времени, который заполняется импульсами опорной частоты

 Число импульсов,  пропорциональное измеряемой мощности, отображается на цифровом отсчетном устройстве (ЦОУ) или Число импульсов, пропорциональное измеряемой мощности, отображается на цифровом отсчетном устройстве (ЦОУ) или может вводиться в специализированное устройство обработки измерительной информации.

 Микропроцессор ваттметра содержит элементы автоматического управления режимами работы и дистанционного переключения пределов измерения Микропроцессор ваттметра содержит элементы автоматического управления режимами работы и дистанционного переключения пределов измерения индикации условного обозначения измеряемой величины

 Калибратор мощности переменного тока используется для самокалибровки ваттметра. Калибратор мощности постоянного тока применяется Калибратор мощности переменного тока используется для самокалибровки ваттметра. Калибратор мощности постоянного тока применяется для калибровки цифрового ваттметра, работающего с преобразователя ми на средних и больших уровнях мощности. Все узлы ваттметра запитываются от встроенного источника питания.

 Приемный преобразователь состоит из отрезка коаксиальной линии (или волновода) со стандартным высокочастотным разъемом, Приемный преобразователь состоит из отрезка коаксиальной линии (или волновода) со стандартным высокочастотным разъемом, поглощающего элемента, термоэлектрического модуля, «образца сравнения» . Поглощающий элемент представляет собой тонкопленочный резистор на теплопроводящей (бериллиевой) керамике.

 Центральным проводником коаксиального тракта является тонкостенная трубка из нержавеющей стали,  исключающая тепловое Центральным проводником коаксиального тракта является тонкостенная трубка из нержавеющей стали, исключающая тепловое влияние внешней среды на поглощающий элемент. для уменьшения потерь на СВЧ трубка покрывается медью и серебром.

 Поглощающий элемент за счет плотной посадки имеет электрический контакт с центральным проводником. Поглощающий элемент за счет плотной посадки имеет электрический контакт с центральным проводником. Другой его конец впаян в согласующий медный экран с серебряным покрытием

 В согласующем экране предусмотрено ступенчатое изменение диаметра, что обеспечивает согласование поглощающего элемента с В согласующем экране предусмотрено ступенчатое изменение диаметра, что обеспечивает согласование поглощающего элемента с трактом во всем диапазоне частот.

 Термоэлектрический модуль представляет собой диск с отверстием и расположен так, что горячий спай Термоэлектрический модуль представляет собой диск с отверстием и расположен так, что горячий спай имеет тепловой контакт с внешней поверхностью согласующего экрана в месте пайки поглощающего элемента, а холодный спай — с «образцом сравнения» . К выводам термо-электрического модуля припаиваются провода соединительного кабеля

 Для защиты модуля от случайных внешних тепловых воздействий используются внутренний и внешний экраны. Для защиты модуля от случайных внешних тепловых воздействий используются внутренний и внешний экраны. На внешнем экране укреплены ребра, образующие вместе с экраном радиатор. Применение радиатора позволяет увеличить мощность рассеяния преобразователя.

  В цифровом ваттметре благодаря применению микропроцессора осуществляются автоматический выбор пределов измерений, В цифровом ваттметре благодаря применению микропроцессора осуществляются автоматический выбор пределов измерений, автоматическая установка нуля и самокалибровка; кроме того, предусматривается выход информации на канал общего пользования при его включении в состав измерительной системы.

5. 5. ПРИМЕР ОТЕЧЕСТВЕННОГО ИЗМЕРИТЕЛЯ МОЩНОСТИ СВЧ Ваттметр поглощаемой мощности предназначен для измерения мощности5. 5. ПРИМЕР ОТЕЧЕСТВЕННОГО ИЗМЕРИТЕЛЯ МОЩНОСТИ СВЧ Ваттметр поглощаемой мощности предназначен для измерения мощности синусоидальных СВЧ сигналов и среднего значения мощности импульсно модулированных СВЧ сигналов в коаксиальных трактах

 Основные области применения: - измерение выходной мощности измерительных генераторов и других источников СВЧ Основные области применения: — измерение выходной мощности измерительных генераторов и других источников СВЧ сигналов — калибровка ваттметров; — измерение затухания четырехполюсников, — измерение уровня излучения с применением калиброванных антенн; — использование в измерительных системах.

 Основными блоками ваттметра являются преобразователь, в котором происходит преобразование СВЧ мощности, и измерительный Основными блоками ваттметра являются преобразователь, в котором происходит преобразование СВЧ мощности, и измерительный блок ваттметра с цифровым индикатором, прямо показывающим величину измеряемой мощности в мк. Вт, м. Вт.

 Управление работой ваттметра может осуществляться непосредственно вручную,  полуавтоматически и дистанционно.  Передача Управление работой ваттметра может осуществляться непосредственно вручную, полуавтоматически и дистанционно. Передача данных и управление внутри системы осуществляется по интерфейсу КОП. Связь с внешними устройствами — по компьютерным интерфейсам типа RS RS 2 З 2, USBUS

6. ЦИФРОВЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ 6. 1. ЦИФРОВЫЕ МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ   В6. ЦИФРОВЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ 6. 1. ЦИФРОВЫЕ МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ В практике электрических измерений все шире используются цифровые методы и средства преобразования, хранения, обработки, передачи и представления информации. Цифровые инструменты активно вытесняют аналоговые средства при измерении самых разных физических величин.

 Широко применяются цифровые вольтметры, мультиметры, частотомеры,  омметры, ваттметры, контактные и бесконтактные термометры, Широко применяются цифровые вольтметры, мультиметры, частотомеры, омметры, ваттметры, контактные и бесконтактные термометры, расходомеры, тахометры, манометры, анемометры, измерители относительной влажности, освещенности, цифровые регистраторы, осциллографы, анализаторы различных параметров, компьютерные измерительные устройства, комплексы, системы и др.

 Во всем многообразии цифровых средств измерений наибольший интерес для нас представляют две большие Во всем многообразии цифровых средств измерений наибольший интерес для нас представляют две большие группы (два вида СИ): измерительные приборы и и измерительные преобразователи.

 Первую группу составляют автономные, сравнительно медленно действующие цифровые измерительные приборы,  предназначенные в Первую группу составляют автономные, сравнительно медленно действующие цифровые измерительные приборы, предназначенные в основном для статических однократных измерений, выполняемых вручную оператором (пользователем).

  Вторая группа — это различные цифровые измерительные преобразователи, предназначенные для работы в Вторая группа — это различные цифровые измерительные преобразователи, предназначенные для работы в составе информационно-измерительных систем, измерительно-вычислительных комплексов, автоматизированных измерительных установок.

 В данном подразделе рассмотрим варианты организации основной (общей для всех цифровых СИ) процедуры В данном подразделе рассмотрим варианты организации основной (общей для всех цифровых СИ) процедуры — аналого-цифрового преобразования, а также особенности построения и применения представителей первой группы — цифровых измерительных приборов (ЦИП),

 По всем основным показателям ЦИП превосходят аналоговые измерительные приборы, у них гораздо более По всем основным показателям ЦИП превосходят аналоговые измерительные приборы, у них гораздо более высокие метрологические и эксплуатационные характеристики. Правда, стоимость большинства ЦИП пока выше, чем аналоговых приборов.

 Современные ЦИП представляют собой высокопроизводительные интеллектуальные средства исследования объектов и процессов, поскольку строятся Современные ЦИП представляют собой высокопроизводительные интеллектуальные средства исследования объектов и процессов, поскольку строятся на основе микропроцессорной техники.

 Структуры ЦИП, предназначенных для измерения различных физических величин, во многом схожи.  Различия Структуры ЦИП, предназначенных для измерения различных физических величин, во многом схожи. Различия между ними сосредоточены в основном во входных узлах приборов, т. е. там, где происходят преобразования конкретных величин в унифицированный сигнал

6. 1. 1. Характеристики аналого-цифровых преобразователей Наиболее важным и ответственным узлом любого цифрового средства6. 1. 1. Характеристики аналого-цифровых преобразователей Наиболее важным и ответственным узлом любого цифрового средства измерений является аналого-цифровой преобразователь (АЦП) — А nalog — toto –– Digital Converter (( ADCADC ), поскольку именно он определяет основные метрологические характеристики и быстродействие всего прибора

 Задача АЦП — автоматически трансформировать бесконечное множество возможных значений входной аналоговой величины в Задача АЦП — автоматически трансформировать бесконечное множество возможных значений входной аналоговой величины в конечное множество (в ограниченный набор цифровых эквивалентов, кодов).

  Разрядность АЦП, его погрешности,  чувствительность, быстродействие,  надежность в значительной мере Разрядность АЦП, его погрешности, чувствительность, быстродействие, надежность в значительной мере определяют окончательную достоверность результатов измерения и регистрации, возможности и характеристики цифровой измерительной аппаратуры в целом.

 Рассмотрим основные характеристики АЦП, знание которых необходимо для правильного сравнения возможностей различных преобразователей Рассмотрим основные характеристики АЦП, знание которых необходимо для правильного сравнения возможностей различных преобразователей (и, следовательно, грамотного выбора прибора для эксперимента).

 Для определенности будем полагать в дальнейших рассуждениях, что входным сигналом АЦП является напряжение Для определенности будем полагать в дальнейших рассуждениях, что входным сигналом АЦП является напряжение постоянного тока.

 Длина шкалы  LL ( ( Length of Scale ) ) характеризует число Длина шкалы LL ( ( Length of Scale ) ) характеризует число возможных уровней преобразования (ступеней характеристики преобразования) АЦП. Этот термин возник на заре цифровой измерительной техники по аналогии с длиной шкалы (числом делений) аналоговых стрелочных измерительных приборов. Длина шкалы LL ЦИП определяется разрядностью АЦП.

 Разрядность  nn — это число двоичных разрядов (бит) — Number of Bits Разрядность nn — это число двоичных разрядов (бит) — Number of Bits или десятичных разрядов — Number of Digits ). ). Если разрядность АЦП — nn двоичных разрядов (бит), то длина шкалы LL = 2= 2 ²². .

 Разрядность  nn — это число двоичных разрядов (бит) — Number of Bits Разрядность nn — это число двоичных разрядов (бит) — Number of Bits или десятичных разрядов — Number of Digits ). ). Если разрядность АЦП — nn двоичных разрядов (бит), то длина шкалы LL = 22. Например, при nn = 11 бит значение LL = 2048. Если разрядность АЦП — nn десятичных разрядов, то LL = IО ⁿⁿ. .

 Цифровые средства измерения,  предназначенные для работы с человеком (а не в составе Цифровые средства измерения, предназначенные для работы с человеком (а не в составе измерительных систем), имеют десятичные цифровые отсчетные устройства, т. е. индикаторы, отражающие числа в десятичной (привычной нам) системе счисления и состоящие из нескольких десятичных разрядов.

 Один из способов — задание максимального числа возможных значений выходного цифрового кода (точек) Один из способов — задание максимального числа возможных значений выходного цифрового кода (точек) на отсчётном устройстве, т. е. указание длины шкалы LL. Например, LL = 999 точек (или округленно — 1000 точек). Другой способ — задание числа десятичных разрядов nn. Причем число десятичных разрядов nn может быть как целым (например, 4 десятичных разряда), так и дробным (например, nn = З ½½ разряда).

 В первом случае в каждом разряде индикатора в процессе измерения могут появляться любые В первом случае в каждом разряде индикатора в процессе измерения могут появляться любые цифры от О до 9. Например, если максимально возможное индицируемое число LL = 999, то говорится, что разрядность nn равна трем полным десятичным разрядам.

 Во втором случае (дробное задание разрядности) в старшем десятичном разряде могут быть, например, Во втором случае (дробное задание разрядности) в старшем десятичном разряде могут быть, например, только цифры О или 1 (это не полный разряд, а половина разряда), а в остальных, скажем, трех разрядах — цифры от О до 9 (это полные разряды). Максимальное число на индикаторе такого ЦИП может быть 1999. При этом разрядность nn определяется как З ½½ разряда.

 Разрешающая способность RR  (( Resolutien ) — это величина,  обратная длине Разрешающая способность RR (( Resolutien ) — это величина, обратная длине шкалы LL ( ( RR = 1: LL ) ) и характеризующая чувствительность АЦП. Чем больше длина шкалы LL , тем лучше разрешающая способность R R и и тем, следовательно, выше качество преобразования.

 Значение кванта qq ( ( quant ) — единицы младшего значащего разряда (МЗР) Значение кванта qq ( ( quant ) — единицы младшего значащего разряда (МЗР) определяется отношением номинального UU номном , значения входного напряжения (или верхнего значения диапазона измерения) к длине шкалы LL : : Q = UU номном / / LL Для двоичных АЦПАЦП значение кванта иногда обозначается Least Significant Bit(LS ВВ ), ), длядля десятичных АЦПАЦП — Least Significant Digit (LSD).

 Например, если длина шкалы цифрового мультиметра LL = 1999 точек (или округленно 2000 Например, если длина шкалы цифрового мультиметра LL = 1999 точек (или округленно 2000 точек) и выбран диапазон измеряемых напряжений UU номном = 2 В, то вес кванта (единицы МЗР) в этом режиме qq = 1 м. В. Чем меньше значение qq , тем выше чувствительность преобразования и, как правило, выше точность. Значение кванта определяет чувствительность АЦП и прибора в целом.

 Погрешность квантования Δкв — важное понятие цифровой измерительной техники. Одним из основных источников Погрешность квантования Δкв — важное понятие цифровой измерительной техники. Одним из основных источников недостоверности преобразования аналогового сигнала в цифровой код является процедура квантования, т. е. автоматического округления.

 Преобразование бесконечного множества возможных значений входного напряжения UU  в конечное число возможных Преобразование бесконечного множества возможных значений входного напряжения UU в конечное число возможных уровней выходного кода неизбежно приводит к появлению погрешности квантования Δкв. Эта погрешность принципиально неистребима, но может быть обеспечена удовлетворительно малой.

 Функция погрешности квантования Δкв — это разница между реальной ступенчатой характеристикой преобразования и Функция погрешности квантования Δкв — это разница между реальной ступенчатой характеристикой преобразования и идеальной линейной (рис. 6. 1).

 Конкретное значение погрешности Δкв в каждом отдельном результате преобразования — это случайная величина, Конкретное значение погрешности Δкв в каждом отдельном результате преобразования — это случайная величина, равномерно распределенная на интервале кванта qq. Все возможные значения этой погрешности лежат в диапазоне ± q q /2 (плюс—минус половина кванта).

 Максимальное значение погрешности Δкв составляет по модулю± qq /2.  Конечно, суммарная погрешность Максимальное значение погрешности Δкв составляет по модулю± qq /2. Конечно, суммарная погрешность АЦП определяется не только погрешностью квантования. Реальная суммарная погрешность современных АЦП обычно находится в диапазоне 2. . . 5 единиц младшего значащего разряда (т. е. 2 qq. . . 5 qq ). ).

 Рис. 6. 1 иллюстрирует зависимость выходного кода NN  АЦП от значения входного Рис. 6. 1 иллюстрирует зависимость выходного кода NN АЦП от значения входного напряжения UU а а также связь основных понятий: разрядности nn , длины шкалы LL , , разрешающей способности RR , веса кванта qq и значения погрешности квантования на примере двоичных АЦП

 (т. е. АЦП, работающих в двоичной системе счисления), входной сигнал которых — напряжение (т. е. АЦП, работающих в двоичной системе счисления), входной сигнал которых — напряжение постоянного тока UU. Случай разрядности nn = 1 бит (см. рис. 6. 1, а) соответствует простейшему АЦП с двумя возможными состояниями — О или 1.

 Случай разрядности n n =2 бита (см.  рис. 6. 1, 6) соответствует Случай разрядности n n =2 бита (см. рис. 6. 1, 6) соответствует АЦП с длиной шкалы LL = 4. Случай n n = З бита (см. рис. 6. 1, в) соответствует длине шкалы АЦП L L = 8. Чем больше число двоичных разрядов nn , тем больше длина шкалы LL (больше число возможных уровней квантования Nm. Nm ), тем меньше погрешность квантования Δкв.

 В табл. 6. 1 приведены некоторые количественные значения длины шкалы LL и разрешающей В табл. 6. 1 приведены некоторые количественные значения длины шкалы LL и разрешающей способности RR , соответствующие различным значениям разрядности n n современных двоичных АЦП.

 По значению разрешающей способности R R можно косвенно судить о метрологических характеристиках конкретного По значению разрешающей способности R R можно косвенно судить о метрологических характеристиках конкретного типа АЦП (его возможной чувствительности и точности).

 Частота дискретизации  FF д д — — одна из важнейших характеристик АЦП, Частота дискретизации FF д д — — одна из важнейших характеристик АЦП, позволяющая оценить его динамические свойства (скорость преобразования), т. е. возможность его работы с быстро меняющимися сигналами, что особенно важно для системных цифровых вольтметров.

 Значение FF д д может выражаться числом результатов преобразования в секунду — отсчетов Значение FF д д может выражаться числом результатов преобразования в секунду — отсчетов в секунду ( Samples // ss ), или слов/с, или в герцах. Например, если сказано, что 1 = 1 МГц (или 1% = 1 Мслов/с или = 1 М Samples // ss ), ), то это означает, что при изменяющемся входном напряжении преобразователь в течение 1 с может выдать 1 млн различных результатов, соответствующих текущим (мгновенным) значениям входного сигнала.

Длительность цикла преобразования (шаг дискретизации) Тц. Тц АЦП — это величина, обратная частоте дискретизацииДлительность цикла преобразования (шаг дискретизации) Тц. Тц АЦП — это величина, обратная частоте дискретизации FF дд , означающая интервал времени, необходимый для выполнения одного полного цикла преобразования. Значение Тц. Тц выражается в единицах времени: с, мс, мкс и т. д. Если известно значение частоты, например, FF дд = 1 МГц, то значение Тц=Тц= 1 1 мкс.

6. 1. 2. Методы аналого-цифрового преобразования При построении цифрового измерительного оборудования применяются различные методы6. 1. 2. Методы аналого-цифрового преобразования При построении цифрового измерительного оборудования применяются различные методы и средства преобразования аналоговой информации в цифровую, отличающиеся метрологией, помехозащищенностью, динамикой. .

 Рассмотрим и сравним возможности и основные характеристики некоторых из них,  наиболее распространенных Рассмотрим и сравним возможности и основные характеристики некоторых из них, наиболее распространенных

 В цифровой измерительной технике достаточно широко применяется преобразователь (считающийся классическим типом АЦП) последовательного В цифровой измерительной технике достаточно широко применяется преобразователь (считающийся классическим типом АЦП) последовательного приближения (поразрядного уравновешивания) — Successive Approximation А А DD С — с устройством выборки и хранения (УВХ) на входе. Устройство выборки и хранения обеспечивает выполнение дискретизации входного сигнала, т. е. переход к дискретному времени.

 Один цикл преобразования входного измеряемого напряжения Ux. Ux в этом методе состоит из Один цикл преобразования входного измеряемого напряжения Ux. Ux в этом методе состоит из нескольких тактов. Уравновешивание выполняется с помощью автоматически изменяющегося компенсирующего напряжения. Процесс преобразования заключается в поочередном сравнении изменяющегося по определенному алгоритму компенсирующего напряжения UU кк измеряемым Ux. .

 В соответствии с алгоритмом,  напряжение UU кк целенаправленно стремится стать равным Ux. В соответствии с алгоритмом, напряжение UU кк целенаправленно стремится стать равным Ux. Ux т. е. уравновесить его. В течение нескольких тактов напряжение UU кк становится практически равным значению Ux. .

 Такое преобразование напоминает процедуру взвешивания, когда используя несколько разных гирь и подбирая (устанавливая Такое преобразование напоминает процедуру взвешивания, когда используя несколько разных гирь и подбирая (устанавливая или снимая) гири, начиная со старшей, т. е. уравновешивая, можно достичь удовлетворительного равновесия.

 Этот метод преобразования обеспечивает средние метрологические характеристики и достаточно высокое быстродействие. ). Этот метод преобразования обеспечивает средние метрологические характеристики и достаточно высокое быстродействие. ).

 Поэтому в основном именно он и применяется в цифровых средствах динамических измерений (цифровых Поэтому в основном именно он и применяется в цифровых средствах динамических измерений (цифровых измерительных регистраторах, цифровых осциллографах и анализаторах). Типичные параметры таких АЦП: n n = = (10. . . 16) бит; FF дд = = (0, 02. . . 100) МГц.

 Среди других методов,  используемых в средствах динамических измерений — метод параллельного преобразования Среди других методов, используемых в средствах динамических измерений — метод параллельного преобразования (( Flash А А DD С), который обеспечивает наиболее высокое быстродействие (правда, с малой разрядностью и невысокой точностью).

 Входной сигнал при помощи множества однотипных компараторов сравнивается одновременно с рядом опорных напряжений, Входной сигнал при помощи множества однотипных компараторов сравнивается одновременно с рядом опорных напряжений, формируемых точным делителем напряжения. Затем с помощью дешифратора выявляется граница между двумя группами компараторов с одинаковыми состояниями ( « 0» и « 1» ) и результат сравнения преобразуется в привычный двоичный код

 При числе компараторов nn = 256 образуется выходное слово с разрядностью nn = При числе компараторов nn = 256 образуется выходное слово с разрядностью nn = 8 бит. При числе компараторов nn = 1024 образуется выходное слово с разрядностью nn = 10 бит. Типичные характеристики параллельных АЦП: nn = (6. . . 10) бит, скорость преобразования FF д= 20. . . 1000 МГц.

 В автономных цифровых вольтметрах и мультиметрах, предназначенных для статических измерений, а также в В автономных цифровых вольтметрах и мультиметрах, предназначенных для статических измерений, а также в некоторых регистраторах / анализаторах, логгерах, особенно в тех, которые предназначены для работы с медленно меняющимися процессами, применяются АЦП интегрирующего типа ( Integrating АА DD С).

 Интегрирующие методы преобразования обеспечивают самые высокие точность, чувствительность,  разрешающую способность, а таюке Интегрирующие методы преобразования обеспечивают самые высокие точность, чувствительность, разрешающую способность, а таюке высокое подавление периодических помех сетевой частоты (что особенно важно в экспериментах, выполняемых в промышленных условиях и при работе с сигналами малого уровня).

 Правда, эти АЦП сравнительно медленно действующие (длительность цикла преобразования, как правило,  десятки Правда, эти АЦП сравнительно медленно действующие (длительность цикла преобразования, как правило, десятки миллисекунд — единицы секунд), но для автономных приборов и не требуется высокого быстродействия (так как оператор не в состоянии был бы воспринимать разные цифровые отсчеты, меняющиеся быстрее, чем 1 раз в секунду).

 В настоящее время применяют две разновидности интегрирующего аналого-цифрового преобразования: времяимпульсный и частотно-импульсный методы. В настоящее время применяют две разновидности интегрирующего аналого-цифрового преобразования: времяимпульсный и частотно-импульсный методы.

 При использовании времяимпульсного метода  входное напряжение преобразуется в пропорциональный по длительности интервал При использовании времяимпульсного метода входное напряжение преобразуется в пропорциональный по длительности интервал времени, который затем заполняется импульсами стабильной известной частоты FF 00. .

 Сформированная таким образом серия импульсов подсчитывается счетчиком, содержимое которого по окончании счета и Сформированная таким образом серия импульсов подсчитывается счетчиком, содержимое которого по окончании счета и определяет значение измеряемого напряжения. Цикл преобразования состоит из двух основных тактов.

 Основной узел такого АЦП — интегратор, который в течение первого такта Т 1 Основной узел такого АЦП — интегратор, который в течение первого такта Т 1 (длительность которого всегда постоянна) интегрирует входной сигнал, а если к сигналу примешана периодическая помеха, то интегрирует сумму сигнала и помехи. На этом такте емкость интегратора линейно заряжается.

 При равенстве (или кратности) интервала первого такта периоду помехи результат интегрирования не будет При равенстве (или кратности) интервала первого такта периоду помехи результат интегрирования не будет зависеть от помехи. Во втором такте Т 2 на вход интегратора поступает опорное (стабильное, образцовое) напряжение, полярность которого противоположна полярности измеряемого напряжения. При этом емкость интегратора линейно разряжается. Компаратор фиксирует момент полного разряда емкости.

 Таким образом, длительность второго такта пропорциональна значению входного постоянного напряжения. Затем значение длительности Таким образом, длительность второго такта пропорциональна значению входного постоянного напряжения. Затем значение длительности второго такта с помощью генератора тактовой частоты и счетчика импульсов преобразуется в пропорциональный цифровой код.

 Длительность интервала первого такта Т 1 задается разработчиком равным или кратным периоду периодической Длительность интервала первого такта Т 1 задается разработчиком равным или кратным периоду периодической помехи (в России и РБ номинальное значение частоты сети и, следовательно, частоты помехи 50 Гц, а ее период 20 мс).

 Степень ослабления влияния помехи характеризуется коэффициентом подавления Кп. Кп , который выражается в Степень ослабления влияния помехи характеризуется коэффициентом подавления Кп. Кп , который выражается в децибелах и определяется по формуле: Кп = 20 lglg (( UU пм / Δ UU п), где UU пмпм — амплитудное значение периодической помехи на входе АЦП; ΔΔ UU п -п — изменение результата преобразования, вызванное действием помехи

 Например, если в паспорте на прибор записано:  «коэффициент подавления Кп. Кп помехи Например, если в паспорте на прибор записано: «коэффициент подавления Кп. Кп помехи нормального вида частоты сети 50 Гц ± 1 % не хуже 40 д. Б» , то это означает, что помеха такой частоты ослабляется не менее, чем в 100 раз. Значение коэффициента Кп. Кп = 60 д. Б означает уменьшение влияния помехи на результат измерения в 1000 раз. Чем больше значение коэффициента тем выше подавление периодической помехи, и тем, следовательно, лучше.

     Частотно-импульсный метод основан на предварительном преобразовании входного сигнала в Частотно-импульсный метод основан на предварительном преобразовании входного сигнала в пропорциональную частоту следования импульсов. Эти импульсы в течение стабильного интервала времени То То поступают на счетчик, который и подсчитывает число импульсов в серии. Таким образом, содержимое счетчика отражает значение входного напряжения

 Типичные параметры интегрирующих АЦП:  n n = (12. . . 20) бит; Типичные параметры интегрирующих АЦП: n n = (12. . . 20) бит; длительность одного цикла преобразования Тц Тц = = (0, 1. . . 10) с; Кп. Кп = =(40. . . 60) д. Б. Существует объективная обратно пропорциональная зависимость между разрядностью (точностью/чувствительностью) преобразования и быстродействием (скоростъю) АЦП.

 Эта зависимость вполне логична и по смыслу подобна «золотому» правилу механики:  «Выиграешь Эта зависимость вполне логична и по смыслу подобна «золотому» правилу механики: «Выиграешь в силе — проиграешь в расстоянии» . Для измерительной техники это правило можно сформулировать так: «Выиграешь в точности — проиграешь в быстродействии» или, наоборот: «Выиграешь в скорости — проиграешь в точности» .

 Рис. 6. 2 упрощенно иллюстрирует эту связь для современного уровня развития техники аналого-цифрового Рис. 6. 2 упрощенно иллюстрирует эту связь для современного уровня развития техники аналого-цифрового преобразования. Масштаб по оси абсцисс (частота дискретизации Р) логарифмический. При линейном масштабе по оси абсцисс эта зависимость носила бы гиперболический характер.

6. 2. ЦИФРОВЫЕ ЧАСТОТОМЕРЫ Цифровые частотомеры — довольно распространенные измерительные приборы, используемые в самых6. 2. ЦИФРОВЫЕ ЧАСТОТОМЕРЫ Цифровые частотомеры — довольно распространенные измерительные приборы, используемые в самых различных отраслях науки, техники, промышленности для оценки частотно-временных параметров электрических сигналов. Они работают в очень широком диапазоне значений измеряемых частот периодических сигналов (или их периода).

 Помимо измерения частотно-временных параметров периодических сигналов,  современные ЦЧ применяются и для измерения Помимо измерения частотно-временных параметров периодических сигналов, современные ЦЧ применяются и для измерения различных физических величин.

 Для этого необходимо подключать к ЦЧ вспомогательные первичные измерительные преобразователи (датчики), имеющие выходные Для этого необходимо подключать к ЦЧ вспомогательные первичные измерительные преобразователи (датчики), имеющие выходные сигналы, частота или период (длительность) которых пропорциональны измеряемой величине

 Цифровые частотомеры находят также применение в качестве генераторов стабильных частот и таймеров постоянных Цифровые частотомеры находят также применение в качестве генераторов стабильных частот и таймеров постоянных или программируемых интервалов времени. Кроме того, с помощью ЦЧ легко можно организовать подсчет числа импульсов (числа событий).

 Практически все ЦЧ обеспечивают два основных режима работы:  измерения частоты и измерения Практически все ЦЧ обеспечивают два основных режима работы: измерения частоты и измерения периода (длительности интервала времени). Рассмотрим структуры, принципы действия и погрешности ЦЧ в этих режимах.

6. 2. 1. Режим измерения частоты Упрощенная структура ЦЧ,  реализующая режим измерения частоты,6. 2. 1. Режим измерения частоты Упрощенная структура ЦЧ, реализующая режим измерения частоты, показана на рис. 6. 3, аа , а временные диаграммы работы в этом режиме приведены на рис. 6. 3, 66. .

 Исследуемый периодический сигнал 1 (соответственно диаграмма 1) подается на вход усилителя—ограничителя УО, где Исследуемый периодический сигнал 1 (соответственно диаграмма 1) подается на вход усилителя—ограничителя УО, где преобразуется в последовательность прямоугольных импульсов 2 (диаграмма 2) фиксированной амплитуды, частота которых равна частоте/входного сигнала. Далее этот сигнал поступает на вход электронного ключа, которым управляет таймер, периодически замыкающий его на постоянный стабильный интервал времени З (диаграмма З), например Т 00 = 1 с. с.

 Сформированная таким образом серия импульсов 4 (диаграмма 4) поступает на вход счетчика Сч. Сформированная таким образом серия импульсов 4 (диаграмма 4) поступает на вход счетчика Сч. Сч , , содержимое которого 5 в начале интервала Т 0 Т 0 равно нулю, а в конце интервала счета равно числу поступивших импульсов Nx. .

 Это число прямо пропорционально измеряемой частоте входного сигнала:    Nx. Nx Это число прямо пропорционально измеряемой частоте входного сигнала: Nx. Nx = = ЕЕ ntnt [[ То. То // ТТ xx ] = ЕЕ ntnt [ [ То. То fxfx ]] , , где ЕЕ ntnt [. . . ] — оператор определения целой части выражения [. . . ]; Tx. Tx — период входного сигнала (Т = 1/1/ ff ); ); ff — частота входного сигнала.

 Содержимое счетчика 5 запоминается в буферном запоминающем устройстве ЗУ и хранится там до Содержимое счетчика 5 запоминается в буферном запоминающем устройстве ЗУ и хранится там до окончания следующего цикла измерения и переписи нового результата. Одновременно результат поступает на цифровое отсчетное устройство (индикатор Ин). Если, например, в течение интервала Т 0 = 1 с на вход счетчика поступило 254 импульса, то, следовательно, частота входного сигнала ff = 254 гц.

 Прибор работает циклически, т. е. в начале каждого нового цикла счетчик «обнуляется» . Прибор работает циклически, т. е. в начале каждого нового цикла счетчик «обнуляется» . Таким образом, результат измерения периодически обновляется. Отметим, что форма периодического сигнала значения не имеет.

 В реальных ЦЧ имеется несколько диапазонов измерения частоты, т. е.  формируется несколько В реальных ЦЧ имеется несколько диапазонов измерения частоты, т. е. формируется несколько различных по длительности стабильных интервалов ТТ 00 (например, Т 0101 =0, 1 с; Т 0202 = 1, 0 с; Т 0303 = 10 с). При работе с ЦЧ в режиме измерения частоты важным является правильный выбор диапазона, т. е. выбор интервала ТТ 00 , в течение которого происходит подсчет импульсов.

 Чем больше импульсов Nx. Nx  поступит в счетчик (в пределах,  конечно, Чем больше импульсов Nx. Nx поступит в счетчик (в пределах, конечно, максимально возможного) на интервале ТТ 00 , тем больше будет значащих цифр результата измерения на индикаторе, тем, следовательно, лучше.

 Общая погрешность Δ ff результата измерения частоты ff складывается из двух составляющих: Общая погрешность Δ ff результата измерения частоты ff складывается из двух составляющих: погрешности дискретности Δ FF 11 и погрешности Δ FF 22 , , вызванной неточностью (неидеальностью) задания интервала времени Т 00. .

 Погрешность дискретности Δ FF 11  неизбежно присутствует в любом аналого-цифровом преобразовании. . Погрешность дискретности Δ FF 11 неизбежно присутствует в любом аналого-цифровом преобразовании. . Отношение ТТ 0/0/ ТТ может быть любым, так как частота входного сигнала ff может иметь бесконечное множество различных значений

  В общем случае отношение ТТ 00 /Т/Т  — — дробное число. В общем случае отношение ТТ 00 /Т/Т — — дробное число. Число импульсов Nx. Nx , , подсчитываемых счетчиком, может быть только целым, то в процессе такого автоматического округления естественно и неизбежно возникает погрешность (погрешность дискретности).

 Оценим возможное значение этой погрешности. При одном и том же постоянном значении интервала Оценим возможное значение этой погрешности. При одном и том же постоянном значении интервала Т 00 , в зависимости от расположения (случайного) во времени входного сигнала и интервала Т 00 , число импульсов, приходяшихся на интервал Т 00 , может отличаться в ту или другую сторону на единицу.

 На рис. 6. 4, а показаны две разные ситуации при совершенно одинаковых исходных На рис. 6. 4, а показаны две разные ситуации при совершенно одинаковых исходных условиях (одна и та же входная частота fxfx , один и тот же интервал Т 00 ): ): в первом случае (диаграмма 1) число импульсов , , поступивших в счетчик , , равно пяти , , аа во втором (диаграмма 2) случае число импульсов равно шести. .

 Погрешность Δ FF 11 , ,  — случайная величина, поскольку входной сигнал Погрешность Δ FF 11 , , — случайная величина, поскольку входной сигнал и сигнал таймера в общем случае никак не связаны между собой. Максимально возможное значение этой погрешности неизменно и составляет одну единицу младшего разряда — один квант: ΔΔ FF 1 = ± 1 импульс = ± 1/Т 0.

 Таким образом,  ΔΔ FF 11 — это аддитивная погрешность, т. е. не Таким образом, ΔΔ FF 11 — это аддитивная погрешность, т. е. не зависящая от значения измеряемой величины — частоты fxfx (рис. 6. 4, 6).

 Погрешность Δ FF 22  вызвана неточностью (неидеальностью) задания интервала Т 00 (рис. Погрешность Δ FF 22 вызвана неточностью (неидеальностью) задания интервала Т 00 (рис. 6. 5, а). Если бы длительность интервала ТТ 00 имела строго номинальное значение, то число импульсов, поступивших в счетчик, было бы равно NN 11 (см. рис. 6. 5, а).

  Если же интервал ТТ 00  будет,  например, несколько больше номинального Если же интервал ТТ 00 будет, например, несколько больше номинального и составит ТТ 00 + ΔТ 00 , , то при той же измеряемой частоте fxfx ‚ в счетчик поступит больше импульсов NN 2 2 > > NN 11 (см. рис. 6. 5, а).

 Неточность ΔТΔТ 00  задания этого интервала приводит к появлению мультипликативной , т. Неточность ΔТΔТ 00 задания этого интервала приводит к появлению мультипликативной , т. е. линейно зависящей от значения измеряемой частоты fxfx , , составляющей: ΔΔ FF 22 = ±= ± fxfx ( ( ΔTΔT 00 / / TT ))

 Суммарная абсолютная погрешность Δ Δ FF  результата измерения частоты fxfx , и Суммарная абсолютная погрешность Δ Δ FF результата измерения частоты fxfx , и суммарная относительная погрешность δδ FF , , %, %, равны, соответственно: ΔΔ F =F = ΔΔ FF 11 ++ ΔΔ FF 22 =± =± [[ (1/To) + fx (ΔT 0 0 / T) ]] δδ F = δδ FF 11 ++ δδ FF 22 == = ±= ± [[ (1 /T 00 fx) + (ΔT 0 0 / T) ]] ··

 Графическая иллюстрация поведения составляющих и суммарных абсолютной и относительной погрешностей результата измерения частоты Графическая иллюстрация поведения составляющих и суммарных абсолютной и относительной погрешностей результата измерения частоты fxfx приведена на рис. 6. 6, а и б, соответственно.

 Видно, что чем меньше значение измеряемой частоты fxfx  и в этом режиме, Видно, что чем меньше значение измеряемой частоты fxfx и в этом режиме, тем (при постоянном интервале ТТ 00 ) хуже, так как тем больше относительная погрешность δδ FF. . Для уменьшения этой погрешности необходимо увеличивать интервал ТТ 00 , но нецелесообразно его делать слишком большим

 Так, например, длительность  интервала  ТТ 00 =10  с с Так, например, длительность интервала ТТ 00 =10 с с уже неудобна для работы, так как значительное время ожидания появления каждого нового результата (10 с) может вызвать у оператора раздражение. Для измерения сравнительно низких частот удобнее использовать второй режим ЦЧ — режим измерения периода исследуемого входного сигнала Т =1/ fxfx

 Рассмотрим пример определения погрешностей результата измерения частоты.  Предположим, известны значение интервала ТТ Рассмотрим пример определения погрешностей результата измерения частоты. Предположим, известны значение интервала ТТ 00 = 1 с и возможная погрешность его задания ΔТΔТ 00 = 2 мс. Получен результат измерения частоты fx fx = 1 к. Гц. Оценим значения составляющих и суммарной погрешности результата.

 Значения абсолютных аддитивной ΔΔ FF 1, и Δ FF 2 мультипликативной погрешностей, соответственно Значения абсолютных аддитивной ΔΔ FF 1, и Δ FF 2 мультипликативной погрешностей, соответственно равны: ΔΔ FF 1= ± 1/Т 00 = ± 1 Гц; ΔΔ FF 2 = [[ ff ΔТ ΔТ 00 / / То. То ] ] == [([( ±± 1000· 2 · 10 ‾³‾³ ) / 1 ] = = ± 2 Гц.

 Значения относительных аддитивной  δδ FF 11 и мультипликативной  δ δ FF Значения относительных аддитивной δδ FF 11 и мультипликативной δ δ FF 22 погрешностей определим обычным образом: δδ F 1 F 1 = ( ΔΔ F 1/ fx fx ) 100 =± (1/1000) · 100 = =± 0, 1 % δδ FF 22 = (Δ FF 2/. fxfx ) 100 = ±(2/1000)· 100 = == ± 0, 2 %.

 Суммарные абсолютная Δ FF и и относительная  δδ FF  погрешности результата Суммарные абсолютная Δ FF и и относительная δδ FF погрешности результата измерения частоты / соответственно равны: ΔΔ F =F = ΔΔ F 1 + ΔΔ F 2 = ± 3 Гц. Гц ; ; δδ F = δδ F 1 F 1 + + δδ F 2 F 2 = ± 3 %

6. 2. 2.  Режим измерения периода  Упрощенная структура ЦЧ в режиме измерения6. 2. 2. Режим измерения периода Упрощенная структура ЦЧ в режиме измерения периода приведена на рис. 6. 7, а, а а временные диаграммы — на рис. 6. 7, 6. 6.

 В этом режиме входной периодический сигнал 1 1 (соответственно диаграмма 11 ) любой В этом режиме входной периодический сигнал 1 1 (соответственно диаграмма 11 ) любой формы подается на вход формирователя периода ФП, где преобразуется в прямоугольный сигнал 22 (диаграмма 22 ) ) фиксированной амплитуды, длительность которого 7 равна периоду входного сигнала.

 Далее этот сигнал поступает на управляющий вход электронного ключа и замыкает его на Далее этот сигнал поступает на управляющий вход электронного ключа и замыкает его на время ТТ xx. . На входе электронного ключа прямоугольные импульсы ЗЗ (диаграмма ЗЗ ) стабильной неизвестной частоты FF 00 , , постоянно поступающие с выхода генератора тактовых импульсов ГТИ

 На выходе ключа  формируется серия прямоугольных импульсов 44 (диаграмма 44 ), число На выходе ключа формируется серия прямоугольных импульсов 44 (диаграмма 44 ), число импульсов Nx. Nx в которой пропорционально длительности ТТ xx : : Nx. Nx = = ЕЕ ntnt [[ ТТ xx // ТТ oo ] = ЕЕ ntnt [ [ ТТ x. Fo ]] , , где ЕЕ ntnt [. . . ] — оператор определения целой части выражения [. . . ]; Т Т 00 — — период тактовых импульсов , То = 1/ FF 0 0 , , FF оо — частота тактовых импульсов ГТИ.

 Счетчик Сч. Сч подсчитывает пришедшие импульсы и затем содержимое счетчика 5 переписывается в Счетчик Сч. Сч подсчитывает пришедшие импульсы и затем содержимое счетчика 5 переписывается в запоминающее устройство ЗУЗУ , где и хранится до окончания следующего цикла и переписи нового результата. Индикатор Ин. Ин позволяет считывать результат измерения.

 Если, например, частота импульсов ГТИГТИ была установлена FF 00  = 1 к. Если, например, частота импульсов ГТИГТИ была установлена FF 00 = 1 к. Гц, а содержимое счетчика Сч. Сч в конце интервала счета оказалось равным Nx. Nx = 1520, то период входного сигнала, следовательно, равен To. To = 1, 52 с.

 Обычный ЦЧЦЧ имеет высокочастотный стабильный ГТИГТИ и цифровой делитель частоты, с помощью которого Обычный ЦЧЦЧ имеет высокочастотный стабильный ГТИГТИ и цифровой делитель частоты, с помощью которого формируется несколько разных тактовых частот FF 0 0 (например, FF 0101 = 1, 0 к. Гц; FF 0202 = 10 к. Гц; FF 0303 = 100 к. Гц; FF 0404 = 1, 0 МГц), что означает наличие нескольких возможных диапазонов измерения периода. .

Погрешность Δ t t результата измерения периода (интервала времени) Tx. Tx , , Погрешность Δ t t результата измерения периода (интервала времени) Tx. Tx , , как и в режиме измерения частоты, содержит две составляющие: погрешность дискретности Δ TT 1 и погрешность Δ TT 2, вызванную неточностью (неидеальностью) значения FF оо частоты ГТИ.

   Погрешность дискретности Δ Δ TT 11 по природе аналогична рассмотренной в Погрешность дискретности Δ Δ TT 11 по природе аналогична рассмотренной в первом режиме и представляет собой аддитивную погрешность (рис. 6. 8, аа ). Появление второй составляющей — погрешности ΔΔ TT 2 иллюстрирует рис. 6. 8, 66. .

 Если бы частота сигнала ГТИ была строго равна номинальной FF 00 , , Если бы частота сигнала ГТИ была строго равна номинальной FF 00 , , то число импульсов, поступивших в счетчик в течение интервала ТТ xx , было бы равно NN II. . Если же частота сигнала ГТИГТИ будет, например, несколько больше номинальной и составит Fo. Fo +Δ +Δ Fo. Fo , то на том же интервале ТТ xx , , в счетчик поступит больше импульсов NN 2> 2> NN 1. 1.

   Эта составляющая погрешности мультипликативна, т. е. ее значение тем больше, чем Эта составляющая погрешности мультипликативна, т. е. ее значение тем больше, чем больше длительность измеряемого периода (интервала) ТТ xx (рис. 6. 8, вв ). ).

 Суммарная абсолютная погрешность Δ Δ TT - результата измерения периода ТТ xx и Суммарная абсолютная погрешность Δ Δ TT — результата измерения периода ТТ xx и и суммарная относительная погрешность δт %, равны, соответственно: ΔΔ TT =Δ=Δ TT 1+Δ TT 2=±[(1/ Fo. Fo )+( ( ТТ xx Δ Δ Fo. Fo )) / / FF 00 )])] δтδт == δтδт 1+1+ δтδт 2=2= = = ±[(1/( ТТ xx Fo. Fo ))+( ΔΔ Fo. Fo / / FF 00 )]

 На рис. 6. 9 графически представлены отдельные составляющие и суммарные  погрешности результата На рис. 6. 9 графически представлены отдельные составляющие и суммарные погрешности результата измерения периода Т Т xx в абсолютном и относительном видах, соответственно. Таким образом видно, что в этом режиме, чем меньше измеряемый период ТТ xx (чем больше значение частоты fxfx ) тем хуже, так как тем больше относительная погрешность.

   Для измерения сравнительно малых значений периода Тх. Тх  (или сравнительно Для измерения сравнительно малых значений периода Тх. Тх (или сравнительно высоких частот) следует использовать первый режим ЦЧ — режим измерения частоты fxfx ]. ].

 Рассмотрим пример определения погрешностей результата измерения периода.  Предположим, известно значение частоты ГТИ Рассмотрим пример определения погрешностей результата измерения периода. Предположим, известно значение частоты ГТИ Fo. Fo = 100 к. Гц ± 10 Гц. Получен результат измерения периода Т xx = 1, 0 с. Найдем значения составляющих и суммарной погрешности результата.

 Значения абсолютных аддитивной ΔΔ TT 1 и мультипликативной Δ TT 2 2 погрешностей Значения абсолютных аддитивной ΔΔ TT 1 и мультипликативной Δ TT 2 2 погрешностей соответственно равны: ΔΔ TT 1= ± 1/ Fo. Fo = ± 1/(100 · 103 ) =± 0, 01 мс; ΔΔ TT 2 = ± ТТ xx (( ΔFoΔFo / / Fo. Fo )= )= = ± 1· 103 (100· 103) = ±О, 1 мс.

 Значения относительных аддитивной δ δ T 1 T 1  - и мультипликативной Значения относительных аддитивной δ δ T 1 T 1 — и мультипликативной δδ Т 2 погрешностей определим обычным образом: δтδт 1 = ( ΔΔ T 1 · 100) / / ТТ xx == = ± 0, 01 · 100/1 =± 0, 001 %; δтδт 2 = ( ΔΔ T 2 · 100) / ТТ x x == = ± 0, 1· 10 /1 =± 0, 01 %.

 Суммарные абсолютная Δ TT и и относительная δт погрешности результата измерения периода Т Суммарные абсолютная Δ TT и и относительная δт погрешности результата измерения периода Т Т равны, соответственно: ΔΔ T = ΔΔ T 1 + ΔΔ T 2 = ± ОО , 11 мсмс δт = δт1 + δт2 = ± 0, 011 %;

6. 2. 3. Выбор режима работы При работе в широких диапазонах значений частот (или6. 2. 3. Выбор режима работы При работе в широких диапазонах значений частот (или периода сигнала) естественно возникает вопрос, какой режим (из двух рассмотренных) целесообразно выбрать для минимизации относительной погрешности результата измерения.

 Рассмотрим этот вопрос на основе сравнения функций суммарных погрешностей в обоих режимах. Рассмотрим этот вопрос на основе сравнения функций суммарных погрешностей в обоих режимах. На рис. 6. 10, а приведен график функции суммарной относительной погрешности в режиме измерения частоты fxfx. .

 Для правомерного сравнения погрешностей в обоих режимах необходимо их представить зависимостями от общего Для правомерного сравнения погрешностей в обоих режимах необходимо их представить зависимостями от общего аргумента, например, от измеряемой частоты fxfx. . Поскольку период Tx. Tx , сигнала есть обратная частоте fxfx величина: TT х= 1/ fxfx , ,

 то выражение для суммарной относительной погрешности δт , результата измерения периода Tx. Tx то выражение для суммарной относительной погрешности δт %, результата измерения периода Tx. Tx можно представить так: δт = ±( fxfx // FF о + Δ FF 0/0/ FF 00 )100. Графически эта зависимость показана (своим модулем) на рис. 6. 10, 6.

 Теперь, имея зависимости суммарных погрешностей (δ FF ии δTδT ), обоих режимов от Теперь, имея зависимости суммарных погрешностей (δ FF ии δTδT )%, обоих режимов от одного и того же аргумента (измеряемой частоты fxfx ): ): δδ F = ±[ (1 / To fx ) + (ΔT 0 / To. To )] )] δT = ± [ ( fx/ F 0 ) + ( ΔΔ F 0 / F 0 ) ] можно сравнивать их значения при конкретной измеряемой частоте и, следовательно, выбирать оптимальный режим. Поведение относительных суммарных погрешностей в зависимости от значения измеряемой частоты fxfx в обоих режимах показано на рис. 6. 10, вв. .

 Точка пересечения графиков суммарных погрешностей на рис.  6. 10, в означает равенство Точка пересечения графиков суммарных погрешностей на рис. 6. 10, в означает равенство относительных погрешностей измерения δ F F = = δTδT , что соответствует граничному значению измеряемой частоты fxfx гр.

 Для обеспечения минимальных погрешностей результатов при измерении частот, меньших fxfx гргр  следует Для обеспечения минимальных погрешностей результатов при измерении частот, меньших fxfx гргр следует использовать режим измерения периода ТТ , а для частот, больших fxfx гр гр — режим измерения частоты fxfx. .

 Обычно в структуре ЦЧ для формирования интервала ТТ 00  используется тот же Обычно в структуре ЦЧ для формирования интервала ТТ 00 используется тот же генератор тактовых импульсов, что и при задании образцовой тактовой частоты FF 00. . Поэтому относительные отклонения ΔТΔТ 00 /Т/Т 00 и и ΔΔ FF 00 // FF 00 равны, т. е. относительные погрешности задания интервала Т 0 0 и образцовой частоты FF 00 одинаковы

 Следовательно, сравнение суммарных относительных погрешностей может выполняться без учета этих мультипликативных составляющих. В Следовательно, сравнение суммарных относительных погрешностей может выполняться без учета этих мультипликативных составляющих. В результате можно определять значение граничной частоты fxfx гргр простым выражением Fx. Fx гргр = = √ √ (F(F 0/0/ TT 00 ))

  Если значение входной измеряемой частоты больше значения  fxfx гргр , то Если значение входной измеряемой частоты больше значения fxfx гргр , то целесообразно выбрать режим измерения частоты fxfx , , если меньше — то, наоборот, режим измерения периода Tx. .

 Классы точности ЦЧ задаются (как и у большинства ЦИП) предельным значением основной абсолютной Классы точности ЦЧ задаются (как и у большинства ЦИП) предельным значением основной абсолютной погрешности содержащей две составляющие: аддитивную и мультипликативную. Например, класс точности ЦЧ в режиме измерения частоты может быть задан так: Δп= ±(0, 1 % результата измерения + 0, 1 % верхней границы диапазона измерения).

 Если диапазон измерения частоты известен FF кк = 100 к. Гц, и, допустим, Если диапазон измерения частоты известен FF кк = 100 к. Гц, и, допустим, в нормальных условиях проведения эксперимента получен результат измерения частоты fxfx = 50 к. Гц, то можно найти значение основной абсолютной инструментальной погрешности результата: Δп =± (0, 1%от50 к. Гц+0, 1%от100 к. Гц)= =± (50 + 100) Гц = ± 150 Гц.

 Окончательная запись результата измерения в этом примере для детерминированного подхода выглядела бы так: Окончательная запись результата измерения в этом примере для детерминированного подхода выглядела бы так: fxfx = 50, 00 к. Гц; Δп = ± 0, 15 к. Гц с вероятностью Рдов = 1.

  6. 2. 4. Пример цифрового частотомера      Современные 6. 2. 4. Пример цифрового частотомера Современные ЦЧ используются не только для измерения частоты и периода, но и для измерения в широких диапазонах интервалов времени, для подсчета числа импульсов некоторой последовательности, определения отношения частот двух периодических сигналов.

ЧАСТОТОМЕР УНИВЕРСАЛЬНЫЙ Ч 3 -86 (прибор производства Республики  БЕЛАРУСЬ) Предназначен для измерения частотыЧАСТОТОМЕР УНИВЕРСАЛЬНЫЙ Ч 3 -86 (прибор производства Республики БЕЛАРУСЬ) Предназначен для измерения частоты непрерывных синусоидальных сигналов и видеоимпульсных сигналов, временных параметров импульсных сигналов, интервалов времени, отношения частот двух сигналов и счета числа колебаний.

Ч 3 -86 Ч 3 —

       Технические характеристики:  Диапазон измерения частоты- Технические характеристики: Диапазон измерения частоты- 0, 1 Гц – 100 МГц (0, 03 – 7 В ); 0, 1 -1 ГГц (0, 03 -0, 5 В ); 1 -18 ГГц (0, 02 – 5 м. Вт ). Диапазон измерения периода- 50 нс -100 мкс. Разрешающая способность ± 10 ‾‾ 8 с. Относительная погрешность частоты Кварцевого генератора ± 2 · 10 ‾‾ 7. 7.

   Основные технические характеристики российского  цифрового частотомера ЧЗ-38 Диапазон измерения частоты………… Основные технические характеристики российского цифрового частотомера ЧЗ-38 Диапазон измерения частоты………… 10 Гц. . . 50 МГц Диапазон измерения длительности периода/интервалов времени……… 10 мкс… 10 с Разрешающая способность измерения интервалов времени, нснс …………. 100 Диапазон измерения отношения частот … 10… 10 +7 Относительная нестабильность частоты генератора за за 24 ч ……………… 5· 10 -9 Входное напряжение по входу А, ВВ ……… 0, 1… 100 Входное напряжение по входу Б, ВВ ……… 0, 1… 10 Входное сопротивление, к. Ом …………… 10 Входная емкость, п. Ф ……………………………

6. 3. ЦИФРОВЫЕ ВОЛЬТМЕТРЫ И МУЛЬТИМЕТРЫ 6. 3. 1. Структура цифрового вольтметра Упрощенная структура6. 3. ЦИФРОВЫЕ ВОЛЬТМЕТРЫ И МУЛЬТИМЕТРЫ 6. 3. 1. Структура цифрового вольтметра Упрощенная структура ЦВ показана на рис. 6. 11. На вход прибора подается измеряемое напряжение (постоянное или переменное, в частности, периодическое).

 Входные цепи ЦВ предназначены для преобразования входного напряжения в унифицированный сигнал, обычно — Входные цепи ЦВ предназначены для преобразования входного напряжения в унифицированный сигнал, обычно — в небольшое напряжение постоянного тока, пропорциональное значению информативного параметра измеряемой величины (например, действующему значению периодического напряжения).

 В общем случае во входных цепях ЦВ выполняются функции усиления,  ослабления, выпрямления, В общем случае во входных цепях ЦВ выполняются функции усиления, ослабления, выпрямления, фильтрации, коммутации сигнала, защиты от перегрузки и др. Например, входное периодическое напряжение с помощью выпрямителя преобразуется в постоянное напряжение, сигнал малого уровня усиливается, сигнал большого уровня ослабляется и т. д.

 Основной узел прибора — аналого-цифровой преобразователь (АЦП), который автоматически реализует переход от аналоговой Основной узел прибора — аналого-цифровой преобразователь (АЦП), который автоматически реализует переход от аналоговой формы входной величины к цифровой форме выходной величины (т. е. к пропорциональному коду).

  В ЦВ для статических измерений применяются, как правило,  интегрирующие АЦП. В ЦВ для статических измерений применяются, как правило, интегрирующие АЦП. Результат этого преобразования временно хранится в запоминающем регистре. .

 Контроллер управляет работой всех узлов прибора. Взаимодействие человека (оператора) с прибором осуществляется с Контроллер управляет работой всех узлов прибора. Взаимодействие человека (оператора) с прибором осуществляется с помощью клавиатуры и индикатора. . Клавиатура позволяет задавать режимы работы ЦВ. Цифровой индикатор показывает результаты измерения. .

Структура микропроцессорного ЦВ  сложнее, но и возможности его богаче.  В отличие отСтруктура микропроцессорного ЦВ сложнее, но и возможности его богаче. В отличие от предыдущей структуры, контролллер здесь более сложный. Он содержит микропроцессор (МП), являющийся основным элементом управления; постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), в котором хранятся программы работы прибора, и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), в котором хранятся данные

 Такой контроллер является своеобразным искусственным интеллектом, обеспечивающим разнообразные функциональные возможности по преобразованию, Такой контроллер является своеобразным искусственным интеллектом, обеспечивающим разнообразные функциональные возможности по преобразованию, хранению, передаче и представлению информации.

 Микропроцессорный прибор в состоянии, например, запомнив несколько сотен результатов (кодов) отдельных измерений входного Микропроцессорный прибор в состоянии, например, запомнив несколько сотен результатов (кодов) отдельных измерений входного напряжения, вычислить среднее, среднее квадратическое значения, найти максимальное и минимальное значения за время продолжительного эксперимента, найти необходимые производные величины и т. п

 В ЦВ, имеющем несколько диапазонов измерений, МП может управлять автоматическим выбором диапазонов измерения В ЦВ, имеющем несколько диапазонов измерений, МП может управлять автоматическим выбором диапазонов измерения (не говоря уже об автоматическом выборе полярности входного постоянного напряжения).

 Как правило, микропроцессорные приборы имеют узел стандартного интерфейсного обмена информацией с другими устройствами, Как правило, микропроцессорные приборы имеют узел стандартного интерфейсного обмена информацией с другими устройствами, что позволяет включать их в состав различных измерительных и управляющих систем.

6. 3. 2. Структура цифрового мультиметра Цифровые мультиметры (ЦМ) — Digital Multi. Meter ((6. 3. 2. Структура цифрового мультиметра Цифровые мультиметры (ЦМ) — Digital Multi. Meter (( DD ММ) — это многофункциональные измерительные приборы, специально предназначенные в основном для статических измерений нескольких электрических и неэлектрических величин.

 Автономный миниатюрный ЦМ в настоящее время, пожалуй, самый распространенный (и любимый измерителями) инструмент, Автономный миниатюрный ЦМ в настоящее время, пожалуй, самый распространенный (и любимый измерителями) инструмент, широко применяемый в различных измерительных экспериментах в электрических цепях и установках низкого (до 1000 В) напряжения.

Мультиметр ручной ММ-1.  Мультиметр ручной МП-1.  Мультиметр ручной ММ-1. Мультиметр ручной МП-1.

 Структура ЦМ подобна структуре любого ЦИП. Отличие лишь в наличии на входе прибора Структура ЦМ подобна структуре любого ЦИП. Отличие лишь в наличии на входе прибора нескольких специальных преобразователей конкретных входных физических величин. На рис. 6. 12 показана упрощенная структура ЦМ с минимальным набором измеряемых величин: постоянных ( DD С — DD iгес tt С С urrent ) и переменных (АС А 1 А 1 ternating С С urrent ) напряжений и токов, а также сопротивления RR. .

 Входные измеряемые величины в любом случае сначала преобразуются в пропорциональное напряжение постоянного тока, Входные измеряемые величины в любом случае сначала преобразуются в пропорциональное напряжение постоянного тока, которое поступает на вход АЦП, где и преобразуется в код. Структура содержит узлы: АЦП (как правило, интегрирующего типа), микроконтроллер (МК), клавиатуру и индикатор.

   Во входных цепях стоят следующие аналоговые преобразователи:  • • UU Во входных цепях стоят следующие аналоговые преобразователи: • • UU _/ _/ UU _ — постоянного напряжения в постоянное (усилитель и делитель); • • UU ~/~/ UU ~ — переменного напряжения в переменное (усилитель, трансформатор, частотонезависимый делитель); • • UU ~/~/ UU _ — переменного напряжения в постоянное (выпрямитель); • • RR / / UU _ сопротивления в постоянное напряжение.

 Конкретный режим измерения определяется положениями переключателей:     SWSW 1, 1, Конкретный режим измерения определяется положениями переключателей: SWSW 1, 1, SWSW 2 и SWSW ЗЗ. . При измерении напряжений переключатель SWSW 3 разомкнут, а переключатели SWSW 11 и и SWSW 22 устанавливаются в верхнее (при постоянном входном напряжении) или в среднее (при переменном входном напряжении) положение.

 Для измерения сопротивления включается преобразователь сопротивления в постоянное напряжение RR / / UU Для измерения сопротивления включается преобразователь сопротивления в постоянное напряжение RR / / UU __ (переключатели SWSW 11 и и SWSW 22 установлены в нижнем положении, а переключатель SWSW ЗЗ разомкнут).

 В режиме измерения тока используется внутренний шунт (точный резистор малого сопротивления  RR В режиме измерения тока используется внутренний шунт (точный резистор малого сопротивления RR шш ). При этом переключатель SWSW ЗЗ замкнут и измеряемый ток, протекая по резистору RR шш , создает пропорциональное току падение напряжения.

  Если входной ток постоянный, то переключатели SWSW II и и SWSW 22 Если входной ток постоянный, то переключатели SWSW II и и SWSW 22 устанавливаются в верхнее положение. Если же входной ток переменный, то переключатели SWSW 11 и и SWSW 22 устанавливаются в среднее положение

 Структура ЦМ может содержать узел интерфейсной связи с внешними устройствами.  Как и Структура ЦМ может содержать узел интерфейсной связи с внешними устройствами. Как и многие другие ЦИП, современные ЦМ можно разделить на две группы (количественно и качественно сильно различающиеся): • автономные • системные

 •  •  автономные — сравнительно простые,  дешевые, малогабаритные и массовые • • автономные — сравнительно простые, дешевые, малогабаритные и массовые приборы для экспресс-измерений; • • системные — сложные, прецизионные, или быстродействующие, дорогостоящие приборы, предназначенные для работы в составе различных измерительно-вычислительных систем и (или) систем управления.

    В настоящее время в практике технических измерений наиболее распространены ЦМ В настоящее время в практике технических измерений наиболее распространены ЦМ первой группы — компактные (На(На ndnd -Не-Не ldld -удерживаемые в ладони) и миниатюрные (Рос ket Size — — карманного формата) мультиметры, которые очень хорошо отвечают требованиям, предъявляемым к переносным приборам для экспресс-измерений.

 Типичный набор измеряемых мультиметрами широкого применения величин включает постоянные и переменные напряжения, постоянные Типичный набор измеряемых мультиметрами широкого применения величин включает постоянные и переменные напряжения, постоянные и переменные токи, сопротивление постоянному току.

  Диапазоны основных измеряемых величин таковы:  напряжения (постоянного и переменного тока) — Диапазоны основных измеряемых величин таковы: напряжения (постоянного и переменного тока) — от долей милливольта до киловольта; • • токи (без внешних шунтов или трансформаторов токов) — от десятков миллиампер до десяти ампер; • • сопротивления — от долей ома до десятков мегаом.

. Классы точности обычных ЦМ лежат в диапазоне от 0, 1 до 5, 0. Классы точности обычных ЦМ лежат в диапазоне от 0, 1 до 5, 0 % (в зависимости от возможностей, измеряемых параметров, диапазонов, стоимости прибора). Разрешающая способность RR : от 1: 200 до 1: 20000. Масса приборов: 100 г. . . 1 кг.

6. 4. ОСОБЕННОСТИ ВЫБОРА ПРИБОРОВ Грамотный выбор средства измерения из некоторого множества с различными6. 4. ОСОБЕННОСТИ ВЫБОРА ПРИБОРОВ Грамотный выбор средства измерения из некоторого множества с различными характеристиками — важный вопрос, от правильного решения которого в значительной мере зависят достоверность результатов измерения, общие затраты на проведение экспериментов.

6. 4. 1. Выбор приборов по метрологическим характеристикам Прежде всего, следует руководствоваться метрологическими характеристиками6. 4. 1. Выбор приборов по метрологическим характеристикам Прежде всего, следует руководствоваться метрологическими характеристиками приборов. Возможна априорная оценка погрешностей результатов. Если примерное значение измеряемой величины известно, условия проведения эксперимента достаточно определены, то можно и нужно оценить априори инструментальные ожидаемые погрешности.

   Существуют два подхода к оценке погрешностей результатов измерений:  детерминированный и Существуют два подхода к оценке погрешностей результатов измерений: детерминированный и вероятностный (статистический). Первый подход проще, но дает в общем случае завышенную оценку погрешности

   Рассмотрим детерминированный подход на на примере выбора прибора для статического измерения Рассмотрим детерминированный подход на на примере выбора прибора для статического измерения действующего значения периодического напряжения электрической сети.

   Предполагаемый диапазон измеряемых действующих значений составляет170 -260 В.  Номинальная частота Предполагаемый диапазон измеряемых действующих значений составляет170 -260 В. Номинальная частота 50 гц. Температура в эксперименте предполагается не выше +35 °С. Суммарная инструментальная относительная погрешность должна быть не хуже 3. . . 4 %.

 Предположим, что в нашем распоряжении есть два цифровых мультиметра: ЦМ 1 и ЦМ Предположим, что в нашем распоряжении есть два цифровых мультиметра: ЦМ 1 и ЦМ 2. Их основные характеристики таковы.

 ЦМ 1. Миниатюрный (Рос ketket -- Size ) ) простой и дешевый цифровой ЦМ 1. Миниатюрный (Рос ketket — Size ) ) простой и дешевый цифровой мультиметр с подходящим диапазоном измерений переменных напряжений 0. . . 500 В. Класс точности прибора (предельное значение относительной погрешности δп, во всем диапазоне рабочих температур 0. . . 45 °С) определен как , δп = ± 5, 0 %.

 ЦМ 2. Цифровой компактный мультиметр с подходящим диапазоном измерения переменных напряжений 0. . ЦМ 2. Цифровой компактный мультиметр с подходящим диапазоном измерения переменных напряжений 0. . . 400 В. Класс точности прибора (предельное значение основной абсолютной погрешности на этом диапазоне: Δп= ± (0, 005 Хк. Хк + 0, 005 ХХ ), ), где Хк Хк — верхнее значение диапазона измерения (в нашем случае Хк. Хк = 400 В); Х — предполагаемое измеренное значение, в данном случае ХХ = 170. . . 260 В.

 Дополнительная погрешность определена как половина основной на каждые 10 °С отличия от номинальной Дополнительная погрешность определена как половина основной на каждые 10 °С отличия от номинальной температуры 20 °С в пределах изменения температуры окружающей среды от О до 50 °С.

 Как видим, классы точности приборов заданы по-разному (графические зависимости значений абсолютных и относительных Как видим, классы точности приборов заданы по-разному (графические зависимости значений абсолютных и относительных погрешностей от значения измеряемой величины ХХ представлены на рис. 6. 13 и 6. 14). Поэтому для правильного сравнения метрологических возможностей необходимо привести погрешности приборов к единой форме.

 Оценим количественно для обоих приборов значения абсолютных Δ и относительных δ инструментальных погрешностей Оценим количественно для обоих приборов значения абсолютных Δ и относительных δ инструментальных погрешностей предполагаемых результатов измерения напряжения обоими приборами, причем воспользуемся наиболее простым (детерминированным) подходом — методом наихудшего случая, т. е. определим максимально возможные значения погрешностей при заданных условиях

 ЦМ 1. Предельное значение суммарной (т. е. суммы основной и дополнительной составляющих) инструментальной ЦМ 1. Предельное значение суммарной (т. е. суммы основной и дополнительной составляющих) инструментальной абсолютной погрешности Δ 1 , В, В , для первого прибора: Δ 1 = (δп ХХ )/100, где ХХ — измеряемое значение.

 Большему значению ХХ ( ( ХХ = 260 В) соответствует большая погрешность: Большему значению ХХ ( ( ХХ = 260 В) соответствует большая погрешность: Δ 1 = (± 5· 260)/100 = ± 13 В Относительная погрешность этого прибора постоянна во всем диапазоне измеряемых напряжений, известна и равна 5 %.

 ЦМ 2. Предельное значение основной абсолютной погрешности Δ 2020 , ,  ВВ ЦМ 2. Предельное значение основной абсолютной погрешности Δ 2020 , , ВВ : : ΔΔ 2020 = ±(0, 005 Хк. Хк + 0, 005 ХХ ), ), где ХХ — верхнее значение диапазона измерения (в нашем случае Хк Хк = 400 В); Х — предполагаемое измеренное значение в нашем варианте — диапазон значений: ХХ = 170. . . 260 В. Меньшему значению измеряемого напряжения ХХ соответствует погрешность Δ 22 ом: ΔΔ 22 ом = ±(0, 005 · 400 + 0, 005 · 170) = = ± (2, 0 + 0, 85) = ± 2, 85 В.

   Большему значению Х Х соответствует погрешность Δ 22 об : Большему значению Х Х соответствует погрешность Δ 22 об : ΔΔ 22 об = ±(0, ОО 5· 4 ОО + О, ОО 5 · 260) = = ± (2, О + 1, 3) = ± 3, 3 В. Дополнительная абсолютная погрешность Δ 2 од определяется для границ диапазона возможных значений ХХ так: ΔΔ 22 дм = [(1/2) Δ 2 ом (35— 20)]/10 = =±[(1/2) 2, 8 · 15]/10 = ± 2, 1 В; ΔΔ 22 дб = [(1/2) Δ 2 об (35 — 20)]/10 = = ±[(1/2) 3, 3· 15]/10 = ± 2, 48 В.

 Суммарные инструментальные абсолютные погрешности Δ 22 м , (ддя меньшего значения ХХ ) Суммарные инструментальные абсолютные погрешности Δ 22 м , (ддя меньшего значения ХХ ) и Δ 22 б (для большего значения ХХ ), равны: ΔΔ 22 м=Δм=Δ 22 ом + Δ 22 дм =±(2, 8+2, 1)= ± 4, 9 В Δ 2 б = Δ 2 об + Δ 2 дб = ±(3, 3 +2, 48)= = ± 5, 78=± 5, 8 В

 Предельные значения суммарной относительной погрешности δ 2 для границ диапазона значений Х = Предельные значения суммарной относительной погрешности δ 2 для границ диапазона значений Х = (170. . . 260) В составляют, соответственно: Δ 2 м = ±(4, 9: 170)100 =± 2, 88=± 2, 9 %; %; Δ 26 = ±(5, 78 : 260)100 = ± 2, 22 = ± 2, 2 %.

 Найденные оценки предельных значений суммарных абсолютных Δ и относительных δ инструментальных погрешностей сведены Найденные оценки предельных значений суммарных абсолютных Δ и относительных δ инструментальных погрешностей сведены в табл. 6. 2.

 Следует отметить, что реальные погрешности результатов измерений могут иметь любые конкретные значения, не Следует отметить, что реальные погрешности результатов измерений могут иметь любые конкретные значения, не превышающие рассчитанных предельных значений.

 Таким образом, можно сделать следующий вывод.  В данном примере для эксперимента следует Таким образом, можно сделать следующий вывод. В данном примере для эксперимента следует выбрать второй прибор (прибор ЦМ 2), так как он отвечает всем поставленным требованиям, в том числе обеспечивает требуемое значение предельной относительной погрешности (2, 9. . . 2, 2 % при требуемых 3. . . 4 %) во всем диапазоне возможных значений измеряемого напряжения и температуры окружающей среды.

6. 4. 2. Выбор диапазона измерения От правильного выбора диапазона измерения в значительной мере6. 4. 2. Выбор диапазона измерения От правильного выбора диапазона измерения в значительной мере зависят достоверность результатов измерения (регистрации) и эффективность работы в эксперименте. Выбор нужного диапазона может выполняться вручную (самим пользователем) или автоматически , благодаря логике работы прибора (микропроцессору).

 Если ничего не известно о возможном значении измеряемого параметра,  необходимо,  начиная Если ничего не известно о возможном значении измеряемого параметра, необходимо, начиная измерять со старшего ( «грубого» ) диапазона , и, постепенно переходя на более чувствительный, искать подходящий. Всегда нужно стремиться выбрать такой диапазон, на котором показания индикатора содержат максимальное число значащих цифр.

 Рассмотрим вопрос выбора диапазона измерения на примере статического измерения действующего значения силы переменного Рассмотрим вопрос выбора диапазона измерения на примере статического измерения действующего значения силы переменного (периодического) тока многопредельным ЦМ. Действующее значение тока на интервале экспериментов считаем неизменным.

 Пренебрегая методическими погрешностями, погрешностями взаимодействия, субъективными погрешностями,  оценим количественно абсолютные Δ и Пренебрегая методическими погрешностями, погрешностями взаимодействия, субъективными погрешностями, оценим количественно абсолютные Δ и относительные δ инструментальные погрешности результатов измерения тока на всех диапазонах. При этом воспользуемся наиболее простым — детерминированным подходом

 Допустим, имеем мультиметр с тремя диапазонами измерения переменного тока: первый диапазон 0. . Допустим, имеем мультиметр с тремя диапазонами измерения переменного тока: первый диапазон 0. . . 10 А; второй 0. . . 1, 0 А; третий 0. . . 100 м. А. длина шкалы прибора LL = = 999 точек (т. е. равна трем полным десятичным разрядам) на всех диапазонах.

 Предположим для простоты, что класс точности прибора на всех диапазонах одинаков и определяется Предположим для простоты, что класс точности прибора на всех диапазонах одинаков и определяется предельным значением основной абсолютной погрешности: Δп =± (0, 005 ХХ + 0, 01 Хк. Хк ), ), гдегде Х Х — измеренное значение (результат измерения); Хк. Хк — верхнее значение конкретного диапазона измерения

 Предположим также, что условия эксплуатации прибора в течение времени экспериментов нормальные, т. е. Предположим также, что условия эксплуатации прибора в течение времени экспериментов нормальные, т. е. имеет место только основная инструментальная погрешность.

 Допустим, выполнено три эксперимента измерены значения тока 1, , в исследуемой цепи поочередно Допустим, выполнено три эксперимента измерены значения тока 1, , в исследуемой цепи поочередно на каждом из трех диапазонов и получены следующие результаты (рис. 6. 15): 0, 06 А на диапазоне 0. . . 10 А; 0, 062 А на втором диапазоне — 0. . . 1, 0 А; 62, 4 м. А на третьем диапазоне — 0. . . 100 м. А.

 Предельное значение основной абсолютной погрешности Δ 1 первого результата измерений может быть найдено Предельное значение основной абсолютной погрешности Δ 1 первого результата измерений может быть найдено по классу точности ЦМ: Δ 1 = ±(0, 005· 0, 06 + 0, 01 · 10) =± 0, 1003 А=± 100 м. А.

 Предельные значения основных абсолютных погрешностей Δ 2, Δ 3 второго и третьего результатов Предельные значения основных абсолютных погрешностей Δ 2, Δ 3 второго и третьего результатов измерений могут быть найдены соответственно: Δ 2 = (0, 005· 62 + 0, 01· 1000)= =± 10, 31 м. А=± 10 м. А; Δ 3 = 1(0, 005 · 62, 4 + 0, 01 · 100) = =± 1, З 12 м. А= ± 1, З м. А.

 Предельные значения соответствующих основных относительных погрешностейδ 1,  δ 2,  δ 3 Предельные значения соответствующих основных относительных погрешностейδ 1, δ 2, δ 3 на каждом из трех диапазонов равны, соответственно: δ 1= ± 167 %; δ 2 = ± 6 %; δ 3= ± 2, 1 %.

 Очевидно, что в данном случае для измерения такого значения тока правильнее выбрать третий Очевидно, что в данном случае для измерения такого значения тока правильнее выбрать третий диапазон (0. . . 100 м. А), так как он обеспечивает значительно меньшую погрешность, чем на втором и тем более на первом (почти в 80 раз) диапазонах.

 Корректная запись окончательного результата измерения II , в этом примере (для диапазона 0. Корректная запись окончательного результата измерения II , в этом примере (для диапазона 0. . . 100 м. А) выглядит так: Ix Ix = 62, 4 м. А; Δ= ± 1, 3 м. А с вероятностью PP довдов = 1.

 Большинство современных моделей ЦМ имеют режимы как ручного, так и автоматического выбора диапазона Большинство современных моделей ЦМ имеют режимы как ручного, так и автоматического выбора диапазона (АВД) измерения ( Autoranging D ММ). Режим АВД позволяет оператору не заботиться о переключении диапазонов.

 В качестве примера рассмотрим рис.  6. 15.  В первом измерении (см. В качестве примера рассмотрим рис. 6. 15. В первом измерении (см. рис. 6. 15, а) был получен результат « 0. 06 А» , т. е. в самом старшем (левом) разряде результата — 0. После автоматического переключения на следующий младший (более чувствительный) диапазон получен новый результат — «. 062 А» (см. рис. 6. 15, 6).

 И в этом случае в самом старшем (левом) разряде результата — 0. И в этом случае в самом старшем (левом) разряде результата — 0. Лишь после следующего перехода к еще более чувствительному диапазону получается результат, в котором все цифры значащие: « 62. 4 м. А» (см. рис. 6. 15, в).

7. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЕ ЧАСТОТЫ       7. 1. Общие сведения7. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЕ ЧАСТОТЫ 7. 1. Общие сведения С измерением частоты и интервалов времени связано решение многих научных и технических проблем. Частотой ff называется число идентичных событий, происходящих в единицу времени. Единица циклической частоты f f — герц (Гц) — соответствует одному событию за 1 с.

 В радиоэлектронике высокие частоты принято обозначать буквой  f f  , , В радиоэлектронике высокие частоты принято обозначать буквой f f , , а низкие – FF. . Гармонические сигналы характеризуют также угловой (круговой) частотой ωω = = 2π2π ff , выражаемой в рад/с и равной изменению фазы сигнала φ ( tt )) в единицу времени. Угловая частота записывается для высоких и низких частот соответственно как ωω = = 2π2π ff и и ΩΩ = = 2π2π FF. .

 Для гармонических сигналов (в том числе и искаженных) частота определяется числом переходов через Для гармонических сигналов (в том числе и искаженных) частота определяется числом переходов через ось времени (т. е. через нуль) за единицу времени. При непостоянстве частоты используется понятие мгновенной угловой частоты ωω = = dd φ (φ ( tt )/)/ dtdt = = 2π2π ff (( tt )) , , где ff (( tt )) — — мгновенная циклическая частота

 При описании методов измерения частоты мы имеем в виду ее среднее значение за При описании методов измерения частоты мы имеем в виду ее среднее значение за время измерения. Различают также долговременную и и кратковременную нестабильности частоты, связанные соответственно с постоянным изменением частоты за длительный и короткий интервалы времени и с ее флюктуационными изменениями. Граница между этими нестабильностями условна и задается путем указания времени измерения.

   Интервалом времени Δ Δ tt в общем случае называется время, прошедшее Интервалом времени Δ Δ tt в общем случае называется время, прошедшее между моментами двух последовательных событий. К числу таких интервалов относятся: период колебаний, длительность импульса длительность интервала, определяемая разносом по времени двух импульсов

 Периодом Т любого периодического детерминированного сигнала uu (( tt ))  называется наименьший Периодом Т любого периодического детерминированного сигнала uu (( tt )) называется наименьший интервал времени, через который регулярно и последовательно повторяется произвольно выбранное мгновенное значение этого сигнала. Отсюда следует, что uu (( tt ) = uu ( ( tt + + nn Т), где nn = 1, 2, 3 и тд.

Для гармонического сигнала,  uu (( tt ) = Umsin (2(2 πtπt // TTДля гармонического сигнала, uu (( tt ) = Umsin (2(2 πtπt // TT ) = Umsin [[ φ (φ ( tt )], период колебания Т Т можно также определить, как интервал времени, в течение которого фаза сигнала φ ( tt ), выраженная в радианах, изменяется на 2 ππ. .

 Известно, что частота ff и период колебания ТТ дуальны  (т. е. двойственны, Известно, что частота ff и период колебания ТТ дуальны (т. е. двойственны, равноправны) и связаны формулой ff = 1/Т. . Поскольку эти две физические величины неразрывно связаны, измерение одной величины можно заменить другой

 Измерение частоты, периода и других временных параметров электрических сигналов является одной из важнейших Измерение частоты, периода и других временных параметров электрических сигналов является одной из важнейших задач в радиотехнике, электроэнергетике и телекоммуникационных и иных связанных с получением, преобразованием и передачей электромагнитных излучений системах.

 Аппаратура для частотно-временных измерений образует единый комплекс приборов, обеспечивающий возможность проведения измерений с Аппаратура для частотно-временных измерений образует единый комплекс приборов, обеспечивающий возможность проведения измерений с непосредственной их привязкой к Государственному эталону частоты и времени. Это фактически гарантирует возможность принципиально высокой точности измерений.

 Основными измерительными приборами и средствами данных измерений являются:  — — осциллографы; Основными измерительными приборами и средствами данных измерений являются: — — осциллографы; — — приемники сигналов эталонных частот и компараторы; — — преобразователи частоты сигналов;

 — — частотомеры резонансные;  — — частотомеры на основе метода заряда-разряда конденсатора; — — частотомеры резонансные; — — частотомеры на основе метода заряда-разряда конденсатора; — — частотомеры цифровые; — — измерители интервалов времени цифровые

 Базой для частотно-временных измерений служит группа Государственных стандартов частоты — высокоточных мер частоты Базой для частотно-временных измерений служит группа Государственных стандартов частоты — высокоточных мер частоты и времени, объединяющая рубидиевый, цезиевый, водородный кварцевый стандарты.

7. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЕ ЧАСТОТЫ       7. 1. Общие сведения7. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЕ ЧАСТОТЫ 7. 1. Общие сведения С измерением частоты и интервалов времени связано решение многих научных и технических проблем. Частотой ff называется число идентичных событий, происходящих в единицу времени. Единица циклической частоты f f — герц (Гц) — соответствует одному событию за 1 с.

 Привязка к ним практических измерений осуществляется приемниками сигналов эталонных частот, передаваемых радиостанциями Государственной Привязка к ним практических измерений осуществляется приемниками сигналов эталонных частот, передаваемых радиостанциями Государственной службы частот и времени, а также компараторами и преобразователями частоты сигнала.

 Приборы для измерения частоты и генерации колебаний стабильной частоты выделены в отдельную подгруппу, Приборы для измерения частоты и генерации колебаний стабильной частоты выделены в отдельную подгруппу, которая обозначается прописной буквой Ч Ч русского алфавита. Подгруппа ЧЧ состоит из восьми видов, обозначенных цифрами по порядку.

 Каждому типу прибора присвоены порядковые номера, перед которыми ставится дефис.  Отдельно выделены Каждому типу прибора присвоены порядковые номера, перед которыми ставится дефис. Отдельно выделены (по обозначению) блоки приборов для измерения частоты и времени. Им присвоено обозначение ЯЗЯЗ. . Типы указанных блоков обозначаюзся аналогично приборам подгруппы Ч. Ч.

   Частотно-измерительные приборы подразделяются на следующие виды:  Ч 1 — стандарты Частотно-измерительные приборы подразделяются на следующие виды: Ч 1 — стандарты частоты и времени; Ч 2 частотомеры резонансные; Ч 3 — частотомеры электронно-счетные; Ч 4 — частотомеры гетеродинные, емкостные, мостовые; Ч 5 — синхронизаторы частоты, преобразователи частоты

 Ч 6 — синтезаторы частоты, делители и умножители частоты;  Ч 7 — Ч 6 — синтезаторы частоты, делители и умножители частоты; Ч 7 — приемники сигналов эталонных частот и сигналов времени; компараторы частотные, фазовые, временные, синхронометры (часы электронные); Ч 9 — преобразователи частоты; ЯЗЧ — блоки приборов для измерения частоты.

 Стандарты частоты и времени являются одними из основных устройств, обеспечивающих формирование и воспроизведение Стандарты частоты и времени являются одними из основных устройств, обеспечивающих формирование и воспроизведение физической единицы измерения времени и частоты.

 Промышленностью выпускаются два вида стандартов частоты: кварцевые и квантовые. Кварцевые стандарты частоты созданы Промышленностью выпускаются два вида стандартов частоты: кварцевые и квантовые. Кварцевые стандарты частоты созданы на базе кварцевых генераторов. Кроме кварцевого генератора, в состав кварцевых стандартов частоты входят специальные устройства, обеспечивающие высокие спектральные характеристики выходного сигнала

 Стандарты частоты являются неотъемлемой частью систем хранения частоты и времени,  групповых стандартов Стандарты частоты являются неотъемлемой частью систем хранения частоты и времени, групповых стандартов частоты. Они применяются в качестве рабочих мер частоты для поверки других приборов; используются при разработке, производстве и эксплуатации аппаратуры систем связи Характеристики некоторых стандартов частоты приведены в табл. 7. 1.

 Измерение частоты чаще всего выполняется цифровым (дискретного счета) методом, на основе которого создаются Измерение частоты чаще всего выполняется цифровым (дискретного счета) методом, на основе которого создаются цифровые (элекгронно-счетные) частотомеры. К достоинствам этого метода относится высокая точность измерений, широкий диапазон измеряемых частот, возможность обработки результатов наблюдений с помощью вычислительных устройств

 Цифровые частотомеры позволяют измерять не только частоту колебаний, но и интервалы времени. Цифровые частотомеры позволяют измерять не только частоту колебаний, но и интервалы времени. Для измерения частоты используются и и методы сравнения с частотой источника образцовых колебаний: — резонансный, — гетеродинный — с помощью осциллографа

 Гетеродинные частотомеры используются редко,  а гетеродинное преобразование частоты обычно применяется для переноса Гетеродинные частотомеры используются редко, а гетеродинное преобразование частоты обычно применяется для переноса частоты СВЧ-колебания в область, удобную для измерения цифровыми приборами

 Методы сравнения используются в основном для градуировки генераторов различных измерительных приборов. Для их Методы сравнения используются в основном для градуировки генераторов различных измерительных приборов. Для их реализации необходим образцовый генератор более высокой точности и устройство сравнения (сличения) частот.

    Методы, основанные на использовании осциллографа в качестве устройства сравнения: Методы, основанные на использовании осциллографа в качестве устройства сравнения: — — определение частоты методом интерференционных фигур (фигур Лиссажу); — — определение интервалов времени (периода, длительности импульса и т. д. ) с использованием калиброванной развертки осциллографа; — — определение частоты с помощью яркостных меток на круговой развертке.

 Первые два из перечисленных методов рассмотрены.  Отметим, что погрешность измерения интервала времени Первые два из перечисленных методов рассмотрены. Отметим, что погрешность измерения интервала времени с помощью осциллографа вызвана нелинейностью его развертки и погрешностями отсчета начала и конца интервала

 Третий метод реализуется при условии, что неизвестная частота fxfx  больше образцовой fofo. Третий метод реализуется при условии, что неизвестная частота fxfx больше образцовой fofo. . Круговая развертка создается при подведении ко входам YY и и ХХ осциллографа гармонических сигналов образцовой частоты, сдвинутых взаимно по фазе на 90°.

 Подавая гармонический сигнал с измеряемой частотой fxfx  на вход Х Х модуляции Подавая гармонический сигнал с измеряемой частотой fxfx на вход Х Х модуляции яркости луча осциллографа и регулируя частоту fofo , можно получить практически неподвижную модулированную по яркости круговую развертку рис. 7. 1). Если NN — число ярких дуг (или темных промежутков) на круговой развертке, то частота fxfx = = NN fo fo (на рис. 7. 1 fxfx = 8 fofo ). ).

 Все три перечисленных метода имеют невысокую точность (относительная погрешность измерений порядка  Все три перечисленных метода имеют невысокую точность (относительная погрешность измерений порядка 1· 10 ‾(‾( 2). . . 5· 10 ‾‾ (2). Верхняя граница диапазона измеряемых частот определяется параметрами осциллографа и для большинства из них не превышает 250 Мгц,

    7. 2. Резонансный метод измерения частоты Сущность резонансного метода состоит 7. 2. Резонансный метод измерения частоты Сущность резонансного метода состоит в сравнении измеряемой частоты fxfx с собственной резонансной частотой ff р р градуированного колебательного контура или резонатора.

 Обычно данный метод применяется в диапазоне СВЧ, но может использоваться и в ВЧ-диапазоне. Обычно данный метод применяется в диапазоне СВЧ, но может использоваться и в ВЧ-диапазоне. Измерительные приборы, работающие на основе этого метода, называются резонансными частотомерами ; ; их обобщенная структурная схема приведена на рис. 7. 2.

 Перестраиваемая колебательная система возбуждается сигналом источника измеряемой частоты UU (( fxfx ) через Перестраиваемая колебательная система возбуждается сигналом источника измеряемой частоты UU (( fxfx ) через входное устройство. Интенсивность колебаний в колебательной системе резко увеличивается в момент резонанса, т. е. при fxfx = = ff рр. .

 Данный момент фиксируется с помощью индикатора резонанса,  связанного с колебательной системой, Данный момент фиксируется с помощью индикатора резонанса, связанного с колебательной системой, и значение измеряемой частоты fxfx считывается с градуированной шкалы механизма настройки. .

 В качестве колебательной системы на частотах до сотен Мгц используются колебательные контуры; В качестве колебательной системы на частотах до сотен Мгц используются колебательные контуры; на частотах до 1 ГГц — контуры с распределенными постоянными типа отрезков коаксиальной линии; на частотах, превышающих 1 ГГц, объемные резонаторы.

 На рис. 7. 3 приведена упрощенная структурная схема частотомера (волномера) с объемным резонатором На рис. 7. 3 приведена упрощенная структурная схема частотомера (волномера) с объемным резонатором , включающая волновод 1, по которому поступает энергия измеряемой частоты fxfx , , петлю связи 2, детектор (полупроводниковый диод) З с индикатором резонанса ИИ , ,

 объемный резонатор 4 и плунжер 5,  предназначенный для изменения одного из размеров объемный резонатор 4 и плунжер 5, предназначенный для изменения одного из размеров резонатора и связанный с отсчетной шкалой. Связь резонатора с детектором и осуществляется петлей связи 5.

 Размеры резонатора l l  в момент настойки в резонанс однозначно связаны с Размеры резонатора l l в момент настойки в резонанс однозначно связаны с длиной волны λλ , , возбуждаемых в нем электромагнитных колебаний. Причем резонанс наступает при размерах резонатора ll = = nn λ/2λ/2 , , где nn = 1, 2, 3 и т. д.

 Поэтому, перемещая плунжер 5 до момента получения первого резонанса,  а затем следующего Поэтому, перемещая плунжер 5 до момента получения первого резонанса, а затем следующего и оценивая по отсчетной шкале разность Δ = ll 11 — — ll 22 = = λλ /2, можно определить λλ . . Здесь ll 1 1 и и 1212 — показания отсчетной шкалы в момент 1 -го и 2 -го резонансов.

 Искомая частота fxfx вычисляется по формуле  fxfx  = = с/λс/λ , Искомая частота fxfx вычисляется по формуле fxfx = = с/λс/λ , где с с — — скорость распространения электромагнитных колебаний в вакууме (скорость света с =(2, 99776± 0, 00004)· 10 ** (( 8) м/ cc ) )

 Для повышения точности измерений частоты добротность  QQ  резонаторов должна быть высокой. Для повышения точности измерений частоты добротность QQ резонаторов должна быть высокой. С этой целью их внутренние поверхности полируют и серебрят, доводя величину QQ до значения (5. . . 10). 10 ** (( 3).

  Основными источниками погрешностей измерения являются погрешность настройки в резонанс, погрешность шкалы и Основными источниками погрешностей измерения являются погрешность настройки в резонанс, погрешность шкалы и погрешность считывания данных. Резонансные частотомеры постепенно вытесняются из сферы эксплуатации цифровыми приборами.

7. 2. 1. Способ, основанный на явлении механического резонанса. .  Указанным способом измеряют7. 2. 1. Способ, основанный на явлении механического резонанса. . Указанным способом измеряют низкие (промышленные) частоты до 400 Гц. Приборы, основанные на явлении механического резонанса, называют вибрационными частотомерами. Принцип работы вибрационного частотомера показан на рис. 7. , а. Высокоомная обмотка электромагнита 1 включается в сеть напряжения измеряемой частоты параллельно.

Рис. 7 Рис.

. Вблизи сердечника 2 расположен якорь 3,  установленный вместе с планкой 4 на. Вблизи сердечника 2 расположен якорь 3, установленный вместе с планкой 4 на пружинных опорах 5. Вдоль планки 4 закреплено несколько стальных пластинок б так, что собственная частота их колебаний последовательно возрастает слева направо. Свободные концы пластинок загнуты под углом 90 и окрашены светлой краской. Под воздействием поля электромагнита якорь и пластинки вибрируют.

  Пластинка, у которой собственные колебания совпадают с вынужденными, будет колебаться с наибольшим Пластинка, у которой собственные колебания совпадают с вынужденными, будет колебаться с наибольшим размахом Погрешность измерений определяется точностью изготовления пластинок и составляет около + 1%.

7. 3. Измерение частоты методом заряда и разряда конденсатора Использование метода заряда и разряда7. 3. Измерение частоты методом заряда и разряда конденсатора Использование метода заряда и разряда конденсатора позволяет создавать простые в эксплуатации и недорогие частотомеры, работающие в диапазоне 0, 02. . . 1 МГц, но имеющие сравнительно невысокую точность. Их относительная приведенная погрешность может достигать 5%.

 Принцип действия конденсаторного частотомера может быть пояснен с помощью схемы на рис. 7. Принцип действия конденсаторного частотомера может быть пояснен с помощью схемы на рис. 7. 4, а. Входной периодический сигнал любой формы неизвестной частоты uu (( fxfx )) преобразуется с помощью преобразователя в импульсный управляющий сигнал uu упрупр типа меандр, имеющий ту же частоту.

 На рис. 7. 4,  66 показан простейший принцип преобразования входного синусоидального колебания На рис. 7. 4, 66 показан простейший принцип преобразования входного синусоидального колебания в колебание типа меандр uu упрупр , и сопутствующие сигналы.

 Сигнал управляет ключом КК : при положительной полярности ключ замкнут, при отрицательной — Сигнал управляет ключом КК : при положительной полярности ключ замкнут, при отрицательной — разомкнут. При замкнутом положении ключа происходит заряд емкости СС током ii 33 , протекающим через диод DD 11. .

  При разомкнутом ключе данная емкость разряжается током ii pp , , При разомкнутом ключе данная емкость разряжается током ii pp , , протекающим через диод DD 2, 2, измерительный прибор mm АА и и сопротивление RR. . Непременным условием работы частотомера является требование того, чтобы емкость в течение зарядного времени успела полностью зарядиться до некоторого постоянного значения Е, Е,

 а при разряде — напряжение на емкости практически становилось нулевым. Тогда максимальное значение а при разряде — напряжение на емкости практически становилось нулевым. Тогда максимальное значение разрядного тока ii pp будет оставаться неизменным II maxmax , время разряда ττ постоянным. При этом среднее значение тока, протекающего через измерительный прибор, определится формулой: Iср= (1/Тх) ∫ ∫ II мах dt (7. 1)

   показания измерительного прибора оказываются пропорциональны частоте  fxfx =1/Т, . показания измерительного прибора оказываются пропорциональны частоте fxfx =1/Т, . Iср = fxfx I I maxmax ττ (7. 2) Данный метод в настоящее время используется крайне редко. .

7. 4. Гетеродинный метод измерения частоты Гетеродинный метод является одной из разновидностей методов сравнения7. 4. Гетеродинный метод измерения частоты Гетеродинный метод является одной из разновидностей методов сравнения измеряемой частоты ff хх , с частотой эталонного генератора ff квкв (аналог метода нулевых биений); в качестве последнего используется гетеродин. Упрощенная структурная схема гетеродинного частотомера представлена на рис. 7. 5.

 Она содержит: входное устройство,  кварцевый генератор, смеситель,  гетеродин, усилитель низкой частоты Она содержит: входное устройство, кварцевый генератор, смеситель, гетеродин, усилитель низкой частоты и индикатор (нулевых биений). Действие гетеродинного частотомера сводится к следующему простому принципу: при переключении ключа К К в в положение 1 производится корректировка шкалы гетеродина ; при положении 2 — измерение частоты, подаваемой на входное устройство. .

 Корректировка шкалы гетеродина  (ключ КК находится в положении 1) осуществляется непосредственно перед Корректировка шкалы гетеродина (ключ КК находится в положении 1) осуществляется непосредственно перед проведением измерения с помощью дополнительного, кварцевого генератора. .

 Сигнал, поступающий с кварцевого генератора, имеет сложную форму и содержит ряд гармонических составляющих Сигнал, поступающий с кварцевого генератора, имеет сложную форму и содержит ряд гармонических составляющих с кратными частотами: ff кв 1, ff кв 2, . . , ff квкв nn , где nn — номер гармоники. Частоты этих гармоник кварцевого генератора в радиотехнике называются кварцевыми точками. .

 При измерениях отсчетный лимб гетеродина устанавливают в положение, соответствующее ближайшей к измеряемой частоте При измерениях отсчетный лимб гетеродина устанавливают в положение, соответствующее ближайшей к измеряемой частоте fxfx к кварцевой точке (примерное значение измеряемой частоты должно быть известно, иначе процесс измерения очень усложняется).

 Поскольку измеряемый и гетеродинный сигналы поступают на смеситель, на его выходе возникают колебания Поскольку измеряемый и гетеродинный сигналы поступают на смеситель, на его выходе возникают колебания с суммарными, разностными и комбинационными частотами. Индикаторный прибор фиксирует наличие сигнала биений на минимальной разностной частоте ff б б = = ff кв 1 — ff гг , проходящего через усилитель низкой частоты (высокочастотные составляющие, получающиеся в результате смешения частот кварцевого генератора и гетеродина, через усилитель низкой частоты не проходят).

 Меняя емкость в контуре гетеродина,  получают нулевые биения, следовательно,  частота гетеродина Меняя емкость в контуре гетеродина, получают нулевые биения, следовательно, частота гетеродина становится равной частоте кварцевой гармоники ff кв 1 = ff гг После этого приступают к измерению неизвестной частоты fxfx , переводя ключ КК в положение 2. Вращая отсчетный лимб гетеродина, добиваются нулевых биений и по откорректированной шкале гетеродина определяют значение fxfx = = ff гг

 Гетеродинные частотомеры являются достаточно точными измерительными приборами.  Их относительная погрешность измерения лежит Гетеродинные частотомеры являются достаточно точными измерительными приборами. Их относительная погрешность измерения лежит в пределах 10 ‾‾ (( 33 )). . . 10 ‾‾ (( 55 )). Однако в диапазоне средних частот (до 200 МГц и ниже) они вытесняются электронно-счетными частотомерами, которые обеспечивают ту же высокую точность, но значительно проще в эксплуатации.

 В диапазоне СВЧ гетеродинный метод измерения применяется совместно с электронно-счетными (цифровыми) методами. В диапазоне СВЧ гетеродинный метод измерения применяется совместно с электронно-счетными (цифровыми) методами. Расширение предела измерения до 10. . . 12 ГГц достигается за счет переноса (преобразования) измеряемой частоты в область более низких частот.

 Такой перенос можно осуществить, например, с помощью дискретного  гетеродинного преобразователя частоты , Такой перенос можно осуществить, например, с помощью дискретного гетеродинного преобразователя частоты , , структурная схема которого приведена на рис. 7. 6 вместе с цифровым частотомером.

 В составе цифрового частотомера содержится генератор опорной (эталонной, образцовой) частоты  ff 00. В составе цифрового частотомера содержится генератор опорной (эталонной, образцовой) частоты ff 00. Эта частота поступает на нелинейный элемент (генератор гармоник), который формирует сетку гармонических составляющих fnfn = = nfnf 00 , где nn — — целые числа.

 С помощью перестраиваемого фильтра (обычно это объемный резонатор со шкалой) добиваются выделения из С помощью перестраиваемого фильтра (обычно это объемный резонатор со шкалой) добиваются выделения из них гармоники fnfn ближайшей к измеряемой частоте fxfx. . При этом на выходе смесителя устройства появляется сигнал с разностной частотой FF =| =| nfnf 0 0 — — fx fx |. |.

 Усилитель промежуточной частоты (УПЧ) имеет полосу пропускания, несколько большую опорной частоты ff оо. Усилитель промежуточной частоты (УПЧ) имеет полосу пропускания, несколько большую опорной частоты ff оо. Поэтому он усиливает сигнал с разностной частотой F F ‹ ‹ ff 00 , , измеряемой далее цифровым частотомером.

 Результат измерения неизвестной частоты fxfx , вычисляют по формуле fxfx = = nn Результат измерения неизвестной частоты fxfx , вычисляют по формуле fxfx = = nn f f 0 0 ± ± FF , в которой nn — номер гармоники, считываемой со шкалы перестраиваемого фильтра. Поскольку это выражение неоднозначно, то для получения правильного результата проводят второе измерение,

 выбирая с помощью перестраиваемого фильтра гармонику    (( n n ± выбирая с помощью перестраиваемого фильтра гармонику (( n n ± 1± 1 )) ff 00 , , соседнюю с гармоникой nfnf 00. . Если результаты вычисления частоты fxfx совпали при двух измерениях, то они верны.

 В свое время наибольшее распространение получили гетеродинные частотомеры типов Ч 4 -IА и В свое время наибольшее распространение получили гетеродинные частотомеры типов Ч 4 -IА и Ч 4 -5. Характеристики этих приборов приведены ниже. Тип частотомера…………………………… Ч 4 -IА Диапазон измеряемых частот……………… 0, 125 — 60 МГц Основная погрешность измерения частоты. . ± 3· 10 ‾‾ (( 44 )) — — 5, 2· 10 ‾‾ (( 44 )) Чувствительность. . . ………………………. . 1 В Тип частотомера…………………………… Ч 4 — 5 Диапазон измеряемых частот…………………. 0, 83— 18 ГГц Основная погрешность измерения частоты …. . ± 5 · 10 -5 Чувствительность. . . …………………………. 100 мк. В

7. 5. Цифровой метод измерения частоты Цифровой (дискретного счета) метод измерения частоты реализован в7. 5. Цифровой метод измерения частоты Цифровой (дискретного счета) метод измерения частоты реализован в цифровых (электронно-счетных — ЭСЧ) частотомерах. Данные приборы удобны в эксплуатации, имеют широкий диапазон измеряемых частот (от нескольких герц до сотен мегагерц) и позволяют получить результат измерения с высокой точностью (относительная погрешность измерения частоты 10*(-6) …. . 10*(-9).

 Как уже отмечалось, цифровые частотомеры являются многофункциональными приборами.  В зависимости от режима Как уже отмечалось, цифровые частотомеры являются многофункциональными приборами. В зависимости от режима их работы можно проводить измерение не только частоты и отношения двух частот, но и интервалов времени (периода следования периодических сигналов и интервала, заданного временным положением двух импульсов).

 Принцип измерения частоты гармонического сигнала цифровым методом был достаточно подробно рассмотрен в разделе Принцип измерения частоты гармонического сигнала цифровым методом был достаточно подробно рассмотрен в разделе цифровых приборов.

  8. 8.  МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЕ ФАЗОВОГО СДВИГА Понятие «фаза» характеризует гармоническое (синусоидальное) 8. 8. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЕ ФАЗОВОГО СДВИГА Понятие «фаза» характеризует гармоническое (синусоидальное) колебание в любой конкретный момент времени. Для гармонического колебания u(t)=Um 11 sin ( ωω t+t+ φφ )) с амплитудой Um. Um 11 и круговой частотой ωω текущая (мгновенная) фаза в момент времени tt равна φφ (t)= ωω t+t+ φφ 11 , , где φφ 11 — — начальная фаза.

 Фазовым сдвигом  ΔφΔφ двух гармонических сигналов одинаковой частоты    Фазовым сдвигом ΔφΔφ двух гармонических сигналов одинаковой частоты uu 11 (t)=Um 11 sin ( ωω t+t+ φφ 11 )) и и uu 22 (t)=Um 22 sin ( ωω t+t+ φφ 22 )) и называется модуль разности их начальных фаз: ΔφΔφ = = || φφ 11 — — φφ 2 2 || (8. 1) Собственно же величина φφ 11 — — φφ 2 2 называется разностью фаз сигналов. Фазовый сдвиг не зависит от времени, если остаются неизменными начальные фазы φφ 1 и φφ

 Отметим, что на практике обычно решают задачу измерения разности фаз двух гармонических (синусоидальных) Отметим, что на практике обычно решают задачу измерения разности фаз двух гармонических (синусоидальных) колебаний с равными частотами. Фазовый сдвиг удобнее представить как зависимость сдвига сигналов во времени ΔΔ tt , , соответствующего их идентичным фазам.

 Так, например, для синусоидальных сигналов uu 11 (t)=Um 11 sin ( ωω t+t+ Так, например, для синусоидальных сигналов uu 11 (t)=Um 11 sin ( ωω t+t+ φφ 11 )) и и uu 22 (t)=Um 22 sin ( ωω t+t+ φφ 22 )) имеющих одинаковый период TT = = 2π / ω сдвиг фазы (рис. 8. 1, а): ΔφΔφ = = ω Δω Δ tt = = 2π 2π ΔΔ tt / / TT (8. 2)

 Два сигнала называются синфазными,  противофазными и и находящимися в квадратуре,  если Два сигнала называются синфазными, противофазными и и находящимися в квадратуре, если фазовый сдвиг между ними равен 0, π и и ππ /2/2 соответственно. Применительно к периодическим синусоидальному и несинусоидальному сигналам (рис. 8. 1, б) и к двум несинусоидальным сигналам с одинаковым периодом ТТ используется понятие об их сдвиге (задержке) во времени ΔΔ tt. .

 Для измерения фазового сдвига используются приборы, называемые фазометрами, а в качестве мер Для измерения фазового сдвига используются приборы, называемые фазометрами, а в качестве мер такого сдвига — фазовращатели , , т. е. линейные четырехполюсники, у которых выходной сигнал задержан по фазе относительно входного. Существуют регулируемые и нерегулируемые фазовращатели.

  Рассмотрим ряд основных методов  измерения фазового сдвига:  Осциллографический Компенсационный Преобразования Рассмотрим ряд основных методов измерения фазового сдвига: Осциллографический Компенсационный Преобразования фазового сдвига в импульсы тока Дискретного или цифрового счета, С преобразованием частоты.

8. 2. Осциллографический метод    Для измерения фазового сдвига с помощью осциллографа8. 2. Осциллографический метод Для измерения фазового сдвига с помощью осциллографа применяются методы: линейной, синусоидальной, круговой разверток метод полуокружности.

    Метод линейной развертки  реализуется  при наблюдении на экране Метод линейной развертки реализуется при наблюдении на экране одновременно двух сигналов (см. рис. 8. 1). Для этого можно использовать двухлучевой осциллограф, подавая сигналы на входы вертикального отклонения лучей (входы YY ). ). Можно также применить однолучевой осциллограф, если на его вход YY подавать исследуемые сигналы поочередно через электронный коммутатор. .

 В том и другом вариантах горизонтальные развертки осциллографов должны быть синхронизированы одним из В том и другом вариантах горизонтальные развертки осциллографов должны быть синхронизированы одним из сигналов. Измерив временные отрезки и TT , вычисляют фазовый сдвиг сигналов в радианах по формуле (8. 2) или в градусах по следующему выражению: ΔφΔφ = = 360° · ΔΔ tt / / T T (8. 33 ) )

 При данном методе погрешность измерения фазового сдвига  близка к ±(5. . . При данном методе погрешность измерения фазового сдвига близка к ±(5. . . 7)° и вызвана нелинейностью развертки, неточностью замера интервалов ΔΔ tt и и ТТ , , а также ошибками определения положения оси времени.

   Метод синусоидальной развертки   илиили эллипса реализуется с помощью однолучевого Метод синусоидальной развертки илиили эллипса реализуется с помощью однолучевого осциллографа при подаче одного сигнала на вход Y, Y, второго — на вход ХХ отклонения луча. При этом генератор развертки осциллографа должен быть выключен. Пусть на входы ХХ и У были поданы соответственно сигналы uu 11 (t)=Um 11 sinsin ωω tt и и uu 22 (t)=Um 22 sin ωω t t уу которых фазовый сдвиг ΔφΔφ = = φφ. .

 Мгновенные отклонения луча на экране по горизонтали и вертикали равны:  где коэффициенты Мгновенные отклонения луча на экране по горизонтали и вертикали равны: где коэффициенты hxhx , , hyhy — — чувствительности осциллографа к отклоне нию луча по горизонтали и вертикали; а = hx. Um 11 , , bb = = hy. Um 2 2 —— амплитуды отклонения луча.

 Для определения формы фигуры,  вычерчиваемой лучом на экране осциллографа, найдем ее аналитическую Для определения формы фигуры, вычерчиваемой лучом на экране осциллографа, найдем ее аналитическую запись. Для этого достаточно исключить из формул (8. 4) и (8. 5) переменную tt и затем представить отклонение уу в зависимости от величины х: х:

 представляющее  собой  известное уравнение эллипса (рис. 8. 2). представляющее собой известное уравнение эллипса (рис. 8. 2).

 Определим величину фазового сдвига двух сегментов. Частям эллипса, представленным непрерывной и штриховой линиями Определим величину фазового сдвига двух сегментов. Частям эллипса, представленным непрерывной и штриховой линиями (рис. 8. 2), соответствует уравнение (8. 8), в котором перед корнем стоят знаки плюс и минус соответственно.

 Величины отрезков уу 00 и и xx 00  находятся по уравнению (8. Величины отрезков уу 00 и и xx 00 находятся по уравнению (8. 8), если положить для непрерывной линии xx =0, а для штриховой yy =0=0 : у 00 = = bsin φφ , , xx 00 == asin φφ. . Отсюда искомый фазовый сдвиг

 Перед началом измерения обычно уравнивают на экране амплитуды b и а (рис. 8. Перед началом измерения обычно уравнивают на экране амплитуды b и а (рис. 8. 2). Для этого поочередно отключают сигналы uu 11 и и uu 22 от входов Х и У и с помощью регулировок чувствительности hh xx или hyhy добиваются равенства b = а, когда уу 00 = = xx 00. Измерив на экране отрезки 22 у у 00 и 2 bb (или 2 х оо и 2 а), подставляют их отношение в формулу (8. 9) и вычисляют.

 Метод эллипса не позволяет однозначно определить фазовый сдвиг в диапазоне (О. . . Метод эллипса не позволяет однозначно определить фазовый сдвиг в диапазоне (О. . . 360)°. Это наглядно видно из осциллограмм, представленных на рис. 8. 3, соответствующих различным значениям ΔφΔφ

 Добиться достаточного результата измерений сдвига фаз можно, подав один из сигналов на осциллограф Добиться достаточного результата измерений сдвига фаз можно, подав один из сигналов на осциллограф через фазовращатель на 90° и проследив за изменением вида осциллограммы. Положим, что имели осциллограмму, соответствующую сдвигу фаз = 60° или 300°.

 Если теперь подадим сигнал и 2 и 2 на на вход YY через Если теперь подадим сигнал и 2 и 2 на на вход YY через фазовращатель, то фазовый сдвиг станет равен 150° или 30°. Как видно из рис. 8. 3, при = 60° осциллограмма из 1 -го и 3 -го квадрантов переместится в 3 -й и 4 -й, а при = 300° останется в 1 -м и 3 -м квадрантах.

 Погрешность измерения фазового сдвига между двумя синусоидальными сигналами методом эллипса зависит от точности Погрешность измерения фазового сдвига между двумя синусоидальными сигналами методом эллипса зависит от точности измерения длин отрезков, входящих в выражение (8. 9), и точности фокусировки луча на экране осциллографа. Эти причины оказывают тем большее влияние, чем ближе измеряемый сдвиг фаз к нулю или к 90°.

 Возможна также систематическая погрешность измерения из-за наличия различного фазового сдвига,  создаваемого усилителями Возможна также систематическая погрешность измерения из-за наличия различного фазового сдвига, создаваемого усилителями каналов вертикального и горизонтального отклонения лучей. Для ее устранения можно (перед началом измерений) подать один из исследуемых сигналов на вход YY осциллографа непосредственно, а на вход Х —Х — через регулируемый фазовращатель.

 Изменяя настройку фазовращателя,  необходимо добиться появления на экране осциллографа наклонной прямой линии. Изменяя настройку фазовращателя, необходимо добиться появления на экране осциллографа наклонной прямой линии. Затем, сохраняя эту настройку, подать на вход фазовращателя второй сигнал (отключив предварительно первый) и провести требуемое измерение фазового сдвига сигналов.

     Метод круговой развертки обеспечивает измерение фазового сдвига практически в Метод круговой развертки обеспечивает измерение фазового сдвига практически в пределах от 0 до 360°. Сущность метода поясняется схемами и эпюрами, приведенными на рис. 8. 4, для случая измерения фазового сдвига между сигналами uu 11 (t)=Um 11 sinsin ωω tt и и uu 22 (t)=Um 22 sin ωω (( tt – – ΔΔ tt ))

 Генератор развертки осциллографа предварительно выключается и на входы YY и и ХХ Генератор развертки осциллографа предварительно выключается и на входы YY и и ХХ подаются сигнал и 1 и 1 и сигнал и 3 и 3 (рис. 8. 4, а), задержанный относительно и 1 и 1 по фазе на 90° (с помощью дополнительного фазовращателя ФВ).

 Анализируемые сигналы и 1 и 1 и и и 2 и 2 также Анализируемые сигналы и 1 и 1 и и и 2 и 2 также поступают на входы идентичных формирователей Ф 1 Ф 1 и и Ф 2 Ф 2 , , преобразующих синусоидальные колебания в импульсный сигнал ии 66 вв виде двухимпульсных последовательностей подается на вход ZZ управления яркостью луча осциллографа. В результате на окружности (рис. 8. 4, б) в точках 11 и 2 появляются отметки повышенной яркости.

 При одинаковом отклонении электронного луча по горизонтали и вертикали на экране осциллографа будет При одинаковом отклонении электронного луча по горизонтали и вертикали на экране осциллографа будет наблюдаться осциллограмма, имеющая вид окружности (рис. 8. 4, б). Измерение фазового сдвига между сигналами и 1 и 1 и и и 2 и 2 выполняется так, как показано на рис. 8. 4, б. б.

 Для измерения используется прозрачный транспортир, центр которого совмещается с центром окружности.  Данный Для измерения используется прозрачный транспортир, центр которого совмещается с центром окружности. Данный метод измерения основан на следующем. Полную окружность, которой соответствует угол 360°, луч описывает за время, равное периоду ТТ сигналов и 1 и 1 и и и 2 и 2 , , а дугу между точками 11 и 2, которой соответствует некоторый угол, — за время задержки этих сигналов ΔΔ t= t= Δφ Δφ ·· T/360°. . Отсюда следует, что угол αα равен ΔφΔφ. .

 На погрешность измерения влияют точности формирования окружности и определения ее центра, а также На погрешность измерения влияют точности формирования окружности и определения ее центра, а также степень идентичности порога срабатывания формирователей и точность измерения угла с помощью транспортира.

8. 3. Компенсационный метод основан на сравнении измеряемого фазового сдвига с известной величиной фазового8. 3. Компенсационный метод основан на сравнении измеряемого фазового сдвига с известной величиной фазового сдвига, которую создает измерительный фазовращатель.

 Структурная схема измерительной установки приведена на рис. 8. 5. Она содержит измерительный фазовращатель Структурная схема измерительной установки приведена на рис. 8. 5. Она содержит измерительный фазовращатель ФВФВ и индикатор равенства фаз, в качестве которого использован осциллограф с отключенным генератором развертки. Сигнал и 1 и 1 подается на вход, YY осциллографа через ФВ, а сигнал и 2 и 2 на вход Х—Х— непосредственно.

 Фазовый сдвиг между двумя сигналами и 1 ии и 2 определяется путем изменения Фазовый сдвиг между двумя сигналами и 1 ии и 2 определяется путем изменения фазы дополнительного сигнала из с помощью ФВФВ до момента появления на экране наклонной прямой линии (см. рис. 8. 5), т. е. до момента равенства фаз сигналов и 2 и 2 и и и 3 и 3. . При этом искомый фазовый сдвиг считывается по шкале ФВФВ. .

  Для более точных измерений следует проверить и скомпенсировать возможное неравенство фазовых сдвигов, Для более точных измерений следует проверить и скомпенсировать возможное неравенство фазовых сдвигов, даваемых усилителями вертикального и горизонтального отклонения луча осциллографа. Это выполняется в порядке, изложенном выше, при рассмотрении метода эллипса.

 Точность измерения компенсационным методом высокая. Погрешность измерения определяется в основном качеством градуировки шкалы Точность измерения компенсационным методом высокая. Погрешность измерения определяется в основном качеством градуировки шкалы фазовращателя и достигает (0, 1. . . 0, 2)°. Компенсационный метод используется и в диапазоне СВЧ для измерения фазового сдвига, создаваемого различными устройствами (фильтр, отрезок волновода и т. п. ).

 Процесс измерений можно пояснить структурной схемой,  приведенной на рис. 8. 6, где: Процесс измерений можно пояснить структурной схемой, приведенной на рис. 8. 6, где: Г—Г— СВЧ-генератор, А Т — развязывающий аттенюатор, ФВ — измерительный СВЧ-фазовращатель, ZZ — испытуемое устройство, КЗ — короткозамыкающая заглушка.

 Измерение выполняется в два этапа.  Вначале собирается установка,  показанная на рис. Измерение выполняется в два этапа. Вначале собирается установка, показанная на рис. 8. 6, а. а. При включении генератора Г в тракте устанавливается стоячая волна. В произвольном сечении фазовращателя ФВ ФВ вводится зонд, соединенный с диодом и индикатором

 Перестраивая фазовращатель,  добиваются совмещения узла напряжения стоячей волны с плоскостью сечения, в Перестраивая фазовращатель, добиваются совмещения узла напряжения стоячей волны с плоскостью сечения, в которую введен зонд. Момент совмещения устанавливается по нулевому показанию индикатора. При этом со шкалы ФВФВ считывается показание фазового угла φφ 11. .

 Затем собирается установка,  приведенная на рис. 8. 6,  б, б, Затем собирается установка, приведенная на рис. 8. 6, б, б, в в которой между ФВФВ и и короткозамыкающей заглушкой КЗКЗ вводится испытуемое устройство Z. При этом в тракте распространения СВЧ колебаний происходит смещение узла напряжения.

 Перестраивая ФВФВ , ,  снова добиваются (по нулевому показанию индикатора) совмещения узла Перестраивая ФВФВ , , снова добиваются (по нулевому показанию индикатора) совмещения узла с плоскостью установки зонда. Со шкалы ФВФВ считывают новое показание φφ 22 Искомый фазовый сдвиг, вносимый устройством Z, Z, определяется по формуле : ΔφΔφ = = (( φφ 1 -1 — φφ 2)2) /2/

 Способ суммирования напряжений Измерение фазового сдвига способом суммирования напряжений использует правило суммирования векторов Способ суммирования напряжений Измерение фазового сдвига способом суммирования напряжений использует правило суммирования векторов гармонических напряжений. Представив напряжения UU 1 и 1 и UU 2 в виде векторов, сдвинутых по фазе на угол φ (рис. а)

Измерения фазового сдвига методом суммирования напряжения Измерения фазового сдвига методом суммирования напряжения

 запишем выражение для модуля вектора суммы этих напряжений откуда запишем выражение для модуля вектора суммы этих напряжений откуда

 Таким образом, фазовый сдвиг может быть определен прямым измерением напряжений UU 1, 1, Таким образом, фазовый сдвиг может быть определен прямым измерением напряжений UU 1, 1, UU 2 и UΣUΣ помощью обычных вольтметров (рис. . 6). Для упрощения расчетов амплитуды напряжений UU 1, 1, UU 2 2 выравнивают, тогда

 Результирующая погрешность измерения фазового сдвига этим способом зависит от класса точности применяемых вольтметров, Результирующая погрешность измерения фазового сдвига этим способом зависит от класса точности применяемых вольтметров, а значения измеряемого фазового сдвига и лежит в пределах от 1 до 10 °°. .

8. 4. Метод преобразования фазового сдвига в импульсы тока Структурная схема устройства,  реализующего8. 4. Метод преобразования фазового сдвига в импульсы тока Структурная схема устройства, реализующего преобразование фазо вого сдвига в импульсы тока, и поясняющие его эпюры, приведены на рис. 8. 7.

 В состав устройства входят преобразователь искомого фазового сдвига в интервал времени и измерительный В состав устройства входят преобразователь искомого фазового сдвига в интервал времени и измерительный прибор. Преобразователь имеет два одинаковых формирователя Ф 1 Ф 1 и и Ф 2 Ф 2 и триггер Т. Т. Принцип действия формирователей пояснен в разделе 7. 5 ( см. рис. 7. 6 и 7. 7).

 Синусоидальные сигналы и 1 и 1 и и и 2, имеющие некоторый фазовый Синусоидальные сигналы и 1 и 1 и и и 2, имеющие некоторый фазовый сдвиг ΔφΔφ , подаются на идентичные формирователи Ф 1 Ф 1 и и Ф 2, преобразующие их в последовательности коротких импульсов и 3 и 3 и и и 4 и 4 (рис. 8. 7, б). Импульсы и 3 и 3 запускают, а импульсы u 4 u 4 сбрасывают триггер ТТ в исходное состояние.

 В результате на выходе триггера формируется периодическая последовательность импульсов напряжения, период повторения и В результате на выходе триггера формируется периодическая последовательность импульсов напряжения, период повторения и длительность которых равны периоду TT и сдвигу во времени ΔΔ tt исследуемых сигналов и 1 и 1 и и и 3.

 Данные импульсы, поступая на резистор RR , ,  соединенный с измерительным прибором Данные импульсы, поступая на резистор RR , , соединенный с измерительным прибором , преобразуются в последовательность импульсов тока ii с аналогичными периодом и длительностью и некоторой амплитудой Im Im (рис. 8. 7, б)б)

 В качестве измерительного прибора часто используется микро амперметр магнитоэлектрической системы,  реагирующий на В качестве измерительного прибора часто используется микро амперметр магнитоэлектрической системы, реагирующий на среднее значение тока ii заза период его следования Т. Т.

 Пусть SS 11  и и  i  i срср — — Пусть SS 11 и и i i срср — — чувствительность прибора и среднее значение протекающего через него тока. Тогда показание прибора а определится по формуле

 С учетом выражения (8. 3) получим где — искомый фазовый сдвиг.  Так С учетом выражения (8. 3) получим где — искомый фазовый сдвиг. Так как чувствительность SS 11 и амплитуда Im. Im постоянны, то шкалу микроамперметра можно проградуировать непосредственно в градусах. Измеренное значение фазового сдвига является средним за время измерения.

 Рассмотренное устройство является прямопоказывающим фазометром с равномерной шкалой.  Диапазон его рабочих частот Рассмотренное устройство является прямопоказывающим фазометром с равномерной шкалой. Диапазон его рабочих частот ограничен снизу инерционностью магнитоэлектрического прибора, а сверху — неидеальностью фронтов импульсов формирователей Ф 1 Ф 1 и и Ф 2, влияющих на четкость работы триггера Т. Т.

 В качестве примера отметим параметры одного из фазометров,  в основе работы которого В качестве примера отметим параметры одного из фазометров, в основе работы которого используется изложенный метод. Диапазон рабочих частот фазометра от 20 Гц до 1 МГц;

 измеряемая разность фаз составляет ± 180°, т. е. фазовый сдвиг измеряется в диапазоне измеряемая разность фаз составляет ± 180°, т. е. фазовый сдвиг измеряется в диапазоне (О. . . 180)°. Погрешность измерений на частотах до 200 к. Гц равна (0, 5± 0, 15)°, а на частотах до 1 МГц—(1± 0, 02)°.

8. 5. Метод дискретного счета (более точное название — цифровой метод измерения фазового сдвига),8. 5. Метод дискретного счета (более точное название — цифровой метод измерения фазового сдвига), используемый в цифровых фазометрах, включает две основные операции: • • преобразование фазового сдвига в соответствующий интервал времени; • • измерение интервала времени методом дискретного счета

  Рассмотрим реализацию метода дискретного счета в простейшем  цифровом фазометре (рис. 8. Рассмотрим реализацию метода дискретного счета в простейшем цифровом фазометре (рис. 8. 8, а), в в состав которого входят: преобразователь искомого фазового сдвига в интервал времени ; временной селектор ВС 1, генератор счетных импульсов ГИ, счетчик СЧСЧ ; ; и цифровое отсчетное устройство ЦО У. Устройство и принцип действия преобразователя рассмотрены в разделе 8. 4.

 Временной селектор представляет собой ключевую логическую схему. Генератор счетных импульсов состоит из кварцевого Временной селектор представляет собой ключевую логическую схему. Генератор счетных импульсов состоит из кварцевого генератора гармонических колебаний стабильной частоты и схемы формирования импульсов.

 Цифровой фазометр работает следующим образом. Преобразователь ΔφΔφ - -  ΔΔ tt из Цифровой фазометр работает следующим образом. Преобразователь ΔφΔφ — — ΔΔ tt из из подаваемых на его входы синусоидальных сигналов и 1 и 1 и и и 2, имеющих фазовый сдвиг ΔφΔφ , формирует последовательность прямоугольных импульсов и 3 и 3 (рис. 8. 8, б), имеющих длительность и период повторения Т, Т, равные соответственно сдвигу во времени и периоду сигналов и 1 и 1 и и и 2.

 Импульсы и 3,  а также счетные импульсы и 4,  вырабатываемые генератором Импульсы и 3, а также счетные импульсы и 4, вырабатываемые генератором ГИ, подаются на входы временного селектора ВС 1. Данный селектор открывается на время, равное длительности импульсов и 3 и 3 и в течение этого времени пропускает на выход импульсы генератора и 4. При этом на выходе селектора ВС 1 формируются пакеты импульсов и 5, следующие с периодом Т. Т.

 За один период повторения ТТ  сигналов и 1 и 1 и и За один период повторения ТТ сигналов и 1 и 1 и и и 2 на счетчик СЧСЧ с с выхода селектора поступает количество импульсов, содержащееся в одном пакете и равное n n = = ΔΔ t/Tt/T 00 (8. 12) где TT 00 — период следования счетных импульсов генератора ГИ.

 Подставляя в (8. 12) соотношение для ΔΔ tt , из (8. 3) находим Подставляя в (8. 12) соотношение для ΔΔ tt , из (8. 3) находим выражение для измеряемого фазового сдвига сигналов uu 11 и и uu 2: 2: ΔφΔφ = n 360 ·To/T (8. 13) Кодовый сигнал со счетчика, пропорциональный фазовому сдвигу ΔφΔφ , подается на цифровое отсчетное устройство, показания которого выдаются в градусах.

 Погрешность данного цифрового фазометра определяется погрешностью дискретности и аппаратурной погрешностью. Погрешность дискретности связана Погрешность данного цифрового фазометра определяется погрешностью дискретности и аппаратурной погрешностью. Погрешность дискретности связана с тем, что интервал времени ΔΔ tt можно измерить с точностью до одного периода счетных импульсов. Аппаратурная погрешность определяется нестабильностью времени срабатывания триггера преобразователя Δφ− Δ tt. .

 Для уменьшения погрешностей используют фазометры среднего значения, результат измерения которых является средним значением Для уменьшения погрешностей используют фазометры среднего значения, результат измерения которых является средним значением измеряемого фазового сдвига за большое число периодов TT. .

    Структурная схема цифрового фазометра среднего значения представлена вместе с поясняющими Структурная схема цифрового фазометра среднего значения представлена вместе с поясняющими эпюрами на рис. 8. 9. Она отличается от схемы (см. рис. 8. 8, а)а) рассмотренного выше фазометра наличием второ го временного селектора ВС 2 и и формирователя импульсов ФИ.

 Принцип работы фазометра удобно анализировать, выделяя в нем функционально законченные устройства, из которых Принцип работы фазометра удобно анализировать, выделяя в нем функционально законченные устройства, из которых два первых рассмотрены выше. К их числу относится преобразователь Δφ− Δ tt. искомого фазового сдвига двух синусоидальных сигналов и 1 и 1 и и и 2 и 2 в в интервал времени ΔΔ tt , , формирующий импульсный сигнал и 3 и 3 (рис. 8. 9, б),

 а так же преобразователь ΔΔ tt  n  n  интервала в а так же преобразователь ΔΔ tt n n интервала в соответствующее число (пакет) импульсов nn. .

 Преобразователь , ,  формирующий пакеты импульсов и 5,  состоит из генератора Преобразователь , , формирующий пакеты импульсов и 5, состоит из генератора импульсов ГИГИ и и временного селектора ВС 1. Номинальное число импульсов nn в в одном пакете определяется выражением (8. 12).

 Для усреднения результата измерения пакеты импульсов и 5 и 5  подают на Для усреднения результата измерения пакеты импульсов и 5 и 5 подают на устройство, выдающее тт таких пакетов за калиброванный отрезок времени Tk. Tk >> Т, где Т—Т— период повторения исследуемых сигналов и 1 и 1 и и и 2 и 2. .

 В состав устройства входит формирователь импульса ФИФИ  длительностью Гц и временной селектор В состав устройства входит формирователь импульса ФИФИ длительностью Гц и временной селектор ВСВС 22. . Схема ФИФИ построена на базе делителя частоты импульсов с коэффициентом деления КК ДД. .

 На его вход поступают импульсы и 4 и 4 (на рис. 8. 9 На его вход поступают импульсы и 4 и 4 (на рис. 8. 9 эти импульсы показаны в пачках) с периодом повторения ТТ оо от от генератора ГИ. При этом на выходе ФИФИ формируется импульс ии 66 длительностью Tk. Tk = = КК ДД То, открывающий временной селектор ВСВС 22 , , и на выход селектора проходит ряд пакетов импульсов и 5, число которых mm == TT к/к/ TT = К ДД То/ T T (8. 14)

 Импульсный сигнал на выходе селектора ВС 2,  обозначенный на рис.  8. Импульсный сигнал на выходе селектора ВС 2, обозначенный на рис. 8. 9, бб через и 7, поступает на счетчик СЧ, связанный с цифровым отсчетным устройством (ЦОУ). Общее число импульсов, поступивших на этот счетчик, с учетом выражений (8. 12), (8. 14) и основной формулы (8. 3): (8. 15)

  Отсюда находится измеряемый фазовый сдвиг двух сигналов и 1 и и и Отсюда находится измеряемый фазовый сдвиг двух сигналов и 1 и и и 2. (8. 1 66 )) В выражений (8. 16) коэффициент kk является постоянным для данного прибора и выбирается равным 10 ‾‾ ( ( аа )) , , где а — целое число.

 При этом на шкале ЦОУЦОУ показания фазового сдвига выдаются в градусах. Чем больше При этом на шкале ЦОУЦОУ показания фазового сдвига выдаются в градусах. Чем больше а, а, тем выше разрешающая способность фазометра, определяемая коэффициентом kk. . В фазометре (рис. 8. 9, аа ) генератор ГИГИ и исследуемые сигналы и 1 и 1 и и и 2 и 2 не имеют взаимной синхронизации.

 Поэтому возможно изменение номинального числа счетных импульсов nn в одном пакете на ± Поэтому возможно изменение номинального числа счетных импульсов nn в одном пакете на ± 1 импульс (погрешность дискретности), а также потеря части пакета в пределах интервала времени Тк. Тк , что и является причинами погрешности фазометра.

 Анализ этой погрешности показывает, что ее максимальная величина равна 90°/( ff ТТ KK Анализ этой погрешности показывает, что ее максимальная величина равна 90°/( ff ТТ KK ), где — ff частота исследуемых сигналов. Следовательно, если ff — — минимальная частота сигналов и 1 и 1 и и и 2, то погрешность фазометра можно уменьшить за счет увеличения времени измерения Тк. .

 Наряду с указанными причинами на погрешность показаний фазометра влияет неточность фиксации формирователями Ф Наряду с указанными причинами на погрешность показаний фазометра влияет неточность фиксации формирователями Ф 1 Ф 1 и и Ф 2 Ф 2 моментов перехода сигналов и 1 и 1 и и и 2 и 2 через нулевой уровень, отличие этих сигналов от синусоидальной формы …. ….

 Однако погреш ности от этих причин снижаются путем усреднения результата измерения за интервал Однако погреш ности от этих причин снижаются путем усреднения результата измерения за интервал времени Тк. Тк , , значительно больший периода исследуемых сигналов Т. Т. Погрешность измерения цифрового фазометра указывается в его паспорте.

 Если у фазометра преобладает аддитивная составляющая погрешности, то в паспорте приводится предел его Если у фазометра преобладает аддитивная составляющая погрешности, то в паспорте приводится предел его допускаемой основной абсолютной погрешности:

 Если же аддитивная и мультипликативная составляющие погрешности соизмеримы по величине, то указывается зависимость Если же аддитивная и мультипликативная составляющие погрешности соизмеримы по величине, то указывается зависимость предела допускаемой погрешности от показания фазометра где bb — — постоянное число

8. 6. Фазометр на основе микропроцессорной системы Существенное расширение функциональных возможностей,  повышение надежности8. 6. Фазометр на основе микропроцессорной системы Существенное расширение функциональных возможностей, повышение надежности и некоторых других характеристик фазометров обеспечиваются при их построении на основе микропроцессорной системы, работающей совместно с измерительными преобразователями.

 Такие фазометры позволяют измерять фазовый сдвиг между двумя периодическими сигналами за любой выбранный Такие фазометры позволяют измерять фазовый сдвиг между двумя периодическими сигналами за любой выбранный период, наблюдать флюктуации подобных сдвигов и оценивать их статистические характеристики- математическое ожидание, дисперсию, среднеквадратическое отклонение

 Возможно также измерение, как и в рассмотренных выше цифровых фазометрах, выполненных по схемам Возможно также измерение, как и в рассмотренных выше цифровых фазометрах, выполненных по схемам с жесткой логикой работы, среднего значения фазового сдвига. Структурная схема микропроцессорного фазометра приведена на рис. 8. 10, а. а.

 Принцип измерения фазового сдвига между двумя синусои дальными сигналами и 1 и 1 Принцип измерения фазового сдвига между двумя синусои дальными сигналами и 1 и 1 и и и 2 и 2 за один выбранный период ТТ их их следования поясняется временными диаграммами на рис. 8. 10, б. б.

 В этом фазометре в схеме импульсного преобразователя (ИПР) сигналы и 1 и 1 В этом фазометре в схеме импульсного преобразователя (ИПР) сигналы и 1 и 1 и и и 2 и 2 ; преобразуются в короткие импульсы и’ 1 и и и’ 2, соответственно. Формирователь Ф 1 Ф 1 с помощью первой пары данных импульсов вырабатывает импульс и 3 и 3 длительностью , равной сдвигу во времени сигналов и 1 и 1 и и и 2.

 Импульсом и 3 и 3 открывается временной селектор ВС 1,  который в Импульсом и 3 и 3 открывается временной селектор ВС 1, который в течение времени пропускает на вход счетчика СЧ 1 счетные импульсы, следующие с периодом ТТ оо и и вырабатываемые микропроцессорной системой МПС. Поступающий на вход СЧ 1 пакет импульсов обозначен на рис. 8. 10, б б через и 4 и 4. .

 Число импульсов в пакете    nn == ΔΔ t/Tt/T 00 Число импульсов в пакете nn == ΔΔ t/Tt/T 00 (( 8. 17) Одновременно формирователь Ф 2 Ф 2 вырабатывает импульс uu 5, 5, длительность которого равна периоду ТТ исследуемых сигналов uu 11 и и uu 2. 2. Импульс uu 55 открывает на время ТТ временной селектор ВС 2, пропускающий от МПСМПС на вход счетчика СЧ 2 пакет импульсов uu

 Период импульсов в пакете ТТ 00 , а их число   Период импульсов в пакете ТТ 00 , а их число NN == TT // TT 0 0 (8. 18) Для оценки искомого значения фазового сдвига за выбранный период требуется найти отношение величин (8. 17) и (8. 18), равное nn // NN == ΔΔ tt // TT , , а затем, учитывая основную формулу (8. 3), домножить это отношение на 360°: ΔφΔφ =360 n/N (8. 19)

 Вычисление выражения (8. 19) выполняется МПС,  на которую передаются вырабатываемые счетчиками СЧ Вычисление выражения (8. 19) выполняется МПС, на которую передаются вырабатываемые счетчиками СЧ 1 и и СЧ 2 коды чисел nn и и N. N. При соответствующей программе МПСМПС на дисплее ДД отображается значение фазового сдвига для любого выбранного периода ТТ

  За счет сравнения таких сдвигов в разных периодах появляется  возможность наблюдать За счет сравнения таких сдвигов в разных периодах появляется возможность наблюдать флюктуации и оценивать их статистические параметры.

 В режиме оценки фазометром среднего значения фазового сдвига за заданное число QQ В режиме оценки фазометром среднего значения фазового сдвига за заданное число QQ периодов ТТ в счетчиках СЧ 1 и и СЧ 2 происходит накопление кодов от числа импульсов, поступивших на их входы за QQ периодов, т. е. кодов чисел n. Q и и NQNQ соответственно, которые затем передаются в МПС.

 Данным фазометром, как и ранее рассмотренными, малую погрешность измерения можно получить только на Данным фазометром, как и ранее рассмотренными, малую погрешность измерения можно получить только на достаточно низкой частоте исследуемых сигналов.

 Поэтому для расширения частотного диапазона фазометров используется предварительное гетеродинное преобразование сигналов. Поэтому для расширения частотного диапазона фазометров используется предварительное гетеродинное преобразование сигналов.

8. 7. Методы измерения фазового сдвига с преобразованием частоты сигналов Гетеродинное преобразование частоты исследуемых8. 7. Методы измерения фазового сдвига с преобразованием частоты сигналов Гетеродинное преобразование частоты исследуемых сигналов используется для расширения диапазона частот, в котором измеряются фазовые сдвиги. Структурная схема фазометра с таким преобразованием приведена на рис. 8. 11.

 Предположим, что через входные цепи ВЦ 1 и и ВЦ 2 на смесители Предположим, что через входные цепи ВЦ 1 и и ВЦ 2 на смесители СМ 1. и и СМ 2 преобразователя частоты поступают соответственно сигналы uu 11 (t)=Um 11 sin ωω tt и и uu 22 (t)=Um 22 sin ( ωω t-t- φφ )) имеющие друг относительно друга фазовый сдвиг ΔφΔφ == φφ , а также гармоническое напряжение гетеродина : uu ГГ ( ( t)t) =Um=Um Г Г sin ( ωω Г Г tt + + φφ Г Г ))

 На смеситель СМ 1 воздействует напряжение и 1 и 1  + На смеситель СМ 1 воздействует напряжение и 1 и 1 + + ии ГГ , а на СМ — и 2 + + ии ГГ. . На выходе каждого из смесителей (относящихся к нелинейным или параметрическим каскадам) появляются колебания с суммарными, разностными и комбинационными частотами, составленными из частот анализируемых входных сигналов и напряжения гетеродина.

  Колебания с разностной частотой   ωω пч=пч= ωω - - ωω Колебания с разностной частотой ωω пч=пч= ωω — — ωω гг , называемой промежуточной, выделяются усилителями промежуточной частоты УПЧ 1 и и УПЧ 2 каждого канала.

 Если в измерителе фазы с гетеродинным преобразованием частоты каскады ВЦ 1 и и Если в измерителе фазы с гетеродинным преобразованием частоты каскады ВЦ 1 и и ВЦ 2, СМ 1 и и СМ 2, УПЧ 1 и и УПЧ 2 идентичны, то выходные сигналы усилителей промежуточной частоты и’ 1 и и и’ 2 после простых преобразований можно представить в виде: uu » (t)=k. Um 1 Um 2 cos( ωω — ωω гг )t )t (8. 20) u u » (t)=k. Um 1 Um 2[cos( ωω — ωω гг )t — φφ ] ] (8. 21)

 Из (8. 20) и (8. 21) следует, что фазовый сдвиг сигналов на выходах Из (8. 20) и (8. 21) следует, что фазовый сдвиг сигналов на выходах УПЧ равен фазовому сдвигу исследуемых сигналов и 1 и 1 и и и 2 и 2. . Сигналы и’ 1 и и и’ 2 поступают на низкочастотный (НЧ) фазометр, измеряющий фазовый сдвиг на промежуточной частоте.

 Чтобы проводить измерения в широком спектральном диапазоне сигналов и 1 и 1 и Чтобы проводить измерения в широком спектральном диапазоне сигналов и 1 и 1 и и и 2 и 2 , применяют гетеродин с перестраиваемой частотой. Разработаны фазометры с гетеродинным преобразованием частоты, работающие, например, в диапазоне от 20 Гц до 20 Мгц, а также в диапазоне СВЧ — 0, 1. . . 15 ГГц.

 Фазометры с умножением частоты применяются для измерения малых фазовых сдвигов. В фазометре используется Фазометры с умножением частоты применяются для измерения малых фазовых сдвигов. В фазометре используется два одинаковых умножителя, на один из которых подается сигнал и 1, а на второй — и 2.

 Если эти сигналы имеют фазовый сдвиг ΔφΔφ , то после умножения их частоты Если эти сигналы имеют фазовый сдвиг ΔφΔφ , то после умножения их частоты в п п раз фазовый сдвиг увеличивается и становится равным ΔφΔφ 1=n ΔφΔφ. . Такой фазовый сдвиг можно измерить с меньшей погрешностью. Затем искомый фазовый сдвиг определяется как ΔφΔφ = = ΔφΔφ 1/n

 Фазометры с умножением частоты могут иметь дополнительную погрешность измерения, вызванную усилением влияния сторонних Фазометры с умножением частоты могут иметь дополнительную погрешность измерения, вызванную усилением влияния сторонних шумов. Такие шумы, поступая на оба умножителя вместе с сигналами и 1 и 1 и и и 2, вызывают случайные отклонения фазы каждого из этих сигналов.

. Чем больше коэффициент умножения п, п,  тем больше флюктуации фаз сигналов на. Чем больше коэффициент умножения п, п, тем больше флюктуации фаз сигналов на выходе умножителей и погрешность измерений. Возможна также систематическая погрешность измерений, вызванная неидентичностью фазовых характеристик двух умножителей.

 Эту погрешность можно учесть и устранить, если подать на каждый умножитель частоты один Эту погрешность можно учесть и устранить, если подать на каждый умножитель частоты один и тот же сигнал (например, и 1 и 1 ). ). Показания фазометра, взятые с обратным знаком, следует использовать в качестве поправки для последующих измерений.

9. АВТОМАТИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРОИЗМЕРЕНИЙ 9. 1. Общие сведения Усложнение современных объектов исследований, рост числа и9. АВТОМАТИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРОИЗМЕРЕНИЙ 9. 1. Общие сведения Усложнение современных объектов исследований, рост числа и диапазонов измеряемых параметров, повышение требований к точности измерений и их быстродействию приводят к необходимости автоматизации электроизмерений.

 Сейчас средства электроизмерений достигли достаточно высокого уровня развития и в большинстве имеют наивысшие Сейчас средства электроизмерений достигли достаточно высокого уровня развития и в большинстве имеют наивысшие точности. Автоматизированными средствами измерений считают автономные непрограммируемые приборы и и гибкие измерительные системы (ГИС), построенные на базе цифровой техники.

 Автономные непрограммируемые приборы работают по жесткой программе и предназначены для измерений определенных параметров Автономные непрограммируемые приборы работают по жесткой программе и предназначены для измерений определенных параметров сигналов и характеристик цепей. В этих приборах автоматически выполняется только часть измерительных операций, например, таких, как определение полярности входного сигнала и установка пределов измерения

 ГИС позволяют программным способом перестраивать систему для измерения различных физических величин и менять ГИС позволяют программным способом перестраивать систему для измерения различных физических величин и менять режим измерений. При этом аппаратная часть измерительной системы не изменяется. По структурному построению ГИС подразделяются на: интерфейсные, микропроцессорные компьютерно — измерительные.

 Наиболее мощные типы ГИС — измерительно-вычислительные комплексы (ИВК) — создаются путем объединения с Наиболее мощные типы ГИС — измерительно-вычислительные комплексы (ИВК) — создаются путем объединения с помощью специальной многопроводной магистрали в одну измерительную систему компьютера, измерительных приборов и устройств отображения информации.

 Связь между компьютером и всеми остальными узлами и их совместимость обеспечиваются с помощью Связь между компьютером и всеми остальными узлами и их совместимость обеспечиваются с помощью совокупности аппаратных, программных и конструктивных средств.

 Устройство сопряжения компьютера со средствами измерений или любыми другими внешними системами называют интерфейсом. Устройство сопряжения компьютера со средствами измерений или любыми другими внешними системами называют интерфейсом. Иногда в это понятие включают и программное обеспечение автоматизированной системы. Обычно в ИВК используются стандартные устройства (модули), подключенные к общей магистрали, и стандартные интерфейсы (в России и Р. Б. — это интерфейсы типа МЭК 625. 1, КАМАК и др. ).

 При этом для решения новой метрологической задачи достаточно сменить часть модулей, используемых в При этом для решения новой метрологической задачи достаточно сменить часть модулей, используемых в качестве источника или приемника информации, и программное обеспечение.

 В микропроцессорных ГИС все узлы подключаются непосредственно к магистрали микропроцессора. Встроенные микропроцессоры осуществляют В микропроцессорных ГИС все узлы подключаются непосредственно к магистрали микропроцессора. Встроенные микропроцессоры осуществляют сервисные операции, обеспечивают различные режимы измерений и определяют ряд параметров сигнала или цепи. Работа таких приборов выполняется в соответствии с программами, заложенными в запоминающем устройстве

 В настоящее время во многих измерительных системах применяются персональные компьютеры.  Это прежде В настоящее время во многих измерительных системах применяются персональные компьютеры. Это прежде всего связано с тем, что компьютер делает измерительную систему исключительно гибкой, так как пользователь может легко изменить его программное обеспечение. Компьютерно-измерительные системы объединяют средства измерений, обработки, вычислений и управления на собственной шине персонального компьютера. .

9. 2. Компьютерно-измерительные системы Как уже отмечалось, в настоящее время сформировалось новое направление в9. 2. Компьютерно-измерительные системы Как уже отмечалось, в настоящее время сформировалось новое направление в метрологии и электроизмерительной технике — компьютерно-измерительные системы (КИС), и их разновидность, или направление развития — — виртуальные измерительные приборы

 В последние годы персональные компьютеры используются не только как вычислительные средства, а как В последние годы персональные компьютеры используются не только как вычислительные средства, а как и универсальные измерительные приборы. Компьютерно-измерительные системы на основе персонально го компьютера сегодня заменяют стандартные измерительные приборы (вольтметры, осциллографы, анализаторы спектра, генераторы и пр. ) системой виртуальных приборов.

 Причем ряд этих приборов могут быть активизированы (воспроизведены) на одном персональном компьютере одновременно. Причем ряд этих приборов могут быть активизированы (воспроизведены) на одном персональном компьютере одновременно.

 К отличительным особенностям и преимуществам компьютерно-измерительных систем по сравнению с микропроцессорными приборами относятся: К отличительным особенностям и преимуществам компьютерно-измерительных систем по сравнению с микропроцессорными приборами относятся: • • обширный фонд стандартных прикладных компьютерных программ, доступных для оператора, позволяющий решать широкий круг прикладных задач измерений

 •  •  возможность оперативной передачи данных исследований и измерений по локальным • • возможность оперативной передачи данных исследований и измерений по локальным и глобальным (например, сети Internet ) компьютерным сетям; • • высокоразвитый графический интерфейс пользователя, обеспечивающий быстрое освоение взаимодействия с системой; • • возможность использования внутренней и внешней памяти большой емкости;

 •  •  возможность составления компьютерных программ для решения конкретных измерительных задач; • • возможность составления компьютерных программ для решения конкретных измерительных задач; • • возможность оперативного использования различных устройств документирования результатов измерений

 Структурная схема КИС.  В самом общем случае КИС может быть построена двумя Структурная схема КИС. В самом общем случае КИС может быть построена двумя способами: с последовательной или параллельной архитектурой. . В КИС с последовательной архитектурой (ее иногда называют централизованной системой) части системы, преобразующие анализируемые сигналы, обрабатывают их в последовательном режиме.

 Поэтому вся соответствующая электроника размещается на слотах компьютера. Достоинства такой архитектуры построения КИС Поэтому вся соответствующая электроника размещается на слотах компьютера. Достоинства такой архитектуры построения КИС очевидны: благодаря использованию принципа разделения обработки по времени стоимость системы невелика

 В КИС с параллельной архитектурой содержится ряд параллельных каналов измерения и каждый канал В КИС с параллельной архитектурой содержится ряд параллельных каналов измерения и каждый канал имеет собственные узлы преобразования анализируемых сигналов и только процессор компьютера работает в режиме мультиплексирования (т. е. объединения сигналов).

 Подобный принцип построения КИС позволяет производить оптимизацию обработки сигналов в каждом канале независимо. Подобный принцип построения КИС позволяет производить оптимизацию обработки сигналов в каждом канале независимо.

 В такой системе преобразование сигналов можно выполнять локально в месте расположения источника исследуемого В такой системе преобразование сигналов можно выполнять локально в месте расположения источника исследуемого сигнала, что позволяет передавать сигналы от измеряемого объекта в цифровой форме

 На рис. 1 представлена обобщенная структурная схема КИС,  отражающая как последовательную, На рис. 1 представлена обобщенная структурная схема КИС, отражающая как последовательную, так и параллельную архитектуру построения.

Рис. 9. 1. Обобщенная структурная схема компьютерно-измерительной системы Рис. 9. 1. Обобщенная структурная схема компьютерно-измерительной системы

 Взаимодействие между отдельными элементами КИС осуществляется с помощью внутренней шины персонального компьютера, к Взаимодействие между отдельными элементами КИС осуществляется с помощью внутренней шины персонального компьютера, к которой подключены как его внешние устройства (дисплей, внешняя память, принтер), так и измерительная схема, состоящая из коммутатора, АЦП и блока образцовых программно управляемых мер напряжения и частоты.

Рис. 9. 2. Комплект оборудования фирмы NI  для автоматизации измерений Рис. 9. 2. Комплект оборудования фирмы NI для автоматизации измерений

 С помощью ЦАП можно вырабатывать управляющие аналоговые сигналы;  интерфейсный модуль (ИМ) подключает С помощью ЦАП можно вырабатывать управляющие аналоговые сигналы; интерфейсный модуль (ИМ) подключает измерительный прибор к магистрали приборного интерфейса. Коммутатор устройства обеспечивает подачу аналоговых напряжений с внешних датчиков на узлы системы.

 Достаточно простые компьютерно-измерительные схемы могут быть размещены на одной плате персонального компьютера. Достаточно простые компьютерно-измерительные схемы могут быть размещены на одной плате персонального компьютера. Существуют и более сложные структуры КИС, в которых в соответствии с решаемой измерительной задачей по установленной программе коммутируются необходимые измерительные элементы, т. е. меняется архитектура построения системы

 Одним из элементов КИС является блок образцовых программно управляемых мер напряжения и частоты. Одним из элементов КИС является блок образцовых программно управляемых мер напряжения и частоты. В качестве встроенных образцовых мер напряжения в КИС чаще всего применяются стабилитроны, температурный коэффициент напряжения которых составляет около 2, 5 -10 ‾(‾( 5). Наиболее эффективным способом стабилизации опорного напряжения является термостатирование блока стабилитронов.

 Термостат поддерживает температуру элементов около 30°С со стабильностью не менее 0, 1°С. Недостатком Термостат поддерживает температуру элементов около 30°С со стабильностью не менее 0, 1°С. Недостатком такой схемы являются достаточно длительный прогрев термостата (до 30 мин), а также большие скачки температуры при включении термостата. Температурные перепады ускоряют процесс старения стабилитронов, а следовательно, снижают их долговременную стабильность.

 В настоящее время в КИС имеется возможность учитывать температурную нестабильность элементов программными методами. В настоящее время в КИС имеется возможность учитывать температурную нестабильность элементов программными методами. Для этого в блок стабилитронов вводят датчик температуры, например термистор, и экспериментально определяют зависимость опорного напряжения от температуры. Эту зависимость записывают в ПЗУ компьютера или во внешнюю память.

 В процессе эксплуатации прибора температура стабилитронов автоматически измеряется и по этой зависимости вводится В процессе эксплуатации прибора температура стабилитронов автоматически измеряется и по этой зависимости вводится поправка в величину образцового напряжения.

 Аналогично измеряют и учитывают нестабильность частоты кварцевого генератора — меры частоты: сигналы с Аналогично измеряют и учитывают нестабильность частоты кварцевого генератора — меры частоты: сигналы с датчика температуры воздействуют на варикап, подстраивающий генератор на номинальную частоту. Величина нестабильности частоты кварцевого генератора может быть уменьшена до 10 ‾(8) Кварцевый генератор может использоваться в качестве задающего, если в системе необходим синтезатор частоты с сеткой частот.

 В последних разработках КИС предусмотрена возможность определения индивидуальных функций влияния температуры на различные В последних разработках КИС предусмотрена возможность определения индивидуальных функций влияния температуры на различные параметры виртуального прибора: дрейф нуля усилителей постоянного тока, сопротивление переключателей, коэффициенты передачи различных структурных элементов. Непрерывный контроль температуры блоков позволяет автоматически корректировать возникающие погрешности измерения

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ВАРИАНТОВ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ  ИЗМЕРЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВИРТУАЛЬНЫХ ПРИБОРОВ И ОБОРУДОВАНИЯ ФИРМЫ СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ВАРИАНТОВ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВИРТУАЛЬНЫХ ПРИБОРОВ И ОБОРУДОВАНИЯ ФИРМЫ NATIONAL INSTRUMENTS

    Виртуальный информационно-измерительный прибор — это компьютер,  оснащенный набором аппаратных Виртуальный информационно-измерительный прибор — это компьютер, оснащенный набором аппаратных и программных средств, выполняющий функции информационно измерительного прибора или системы, максимально приближенный к решению задачи.

  В научных исследованиях,  диагностических, статистических и интеллектуальных системах компьютеры используются для В научных исследованиях, диагностических, статистических и интеллектуальных системах компьютеры используются для решения задач управления измерительными эк cc периментами, сбора, регистрации, обработки и систематизации данных, представления и хранения результатов наблюдений.

 Часть функций и операций осуществляется не аппаратно, а программно с помощью персонального компьютера. Часть функций и операций осуществляется не аппаратно, а программно с помощью персонального компьютера. Аппаратная информационно-измерительная часть приборов и систем реализуется в конструкции стандартной платы и автономного модуля компьютера.

   Функции, передаваемые компьютеру, обычно связаны с организацией взаимодействия пользователя и компьютера Функции, передаваемые компьютеру, обычно связаны с организацией взаимодействия пользователя и компьютера с привычной для пользователя атрибутикой — панели, ручки управления, т. е. в этом случае работа с виртуальными приборами (ВП) оказывается аналогичной работе с традиционными приборами и пультами управления.

   Информационные технологии вывели измерительную технику на новый уровень, позволяющий быстрее и Информационные технологии вывели измерительную технику на новый уровень, позволяющий быстрее и с меньшими затратами разрабатывать информационно-измерительные приборы и системы различной сложности: от измерения параметров до ввода и обработки видеоизображений с передачей результатов через внешнюю сеть на любые расстояния.

   Буквально за последние 10 -15 лет произошла революция в разработке и Буквально за последние 10 -15 лет произошла революция в разработке и создании измерительных средств. Это в первую очередь связано с активным развитием компьютерных технологий применительно к технологиям измерений.

   Основным достижениями революции в измерительной технологии стали:  -так называемые DAQ-boards Основным достижениями революции в измерительной технологии стали: -так называемые DAQ-boards (Data Acquisition Boards- платы сбора данных)-это измерительные модули, встраиваемые непосредственно в компьютер.

 -Специализированные измерительные интегрированные программные оболочки для сбора,  обработки и визуального представления измерительной -Специализированные измерительные интегрированные программные оболочки для сбора, обработки и визуального представления измерительной информации (например, Lab. View ))

     Появление измерительных информационных приборов и систем с применением виртуальных Появление измерительных информационных приборов и систем с применением виртуальных технологий связано:

 •  •  с широким распространением персональных компьютеров, имеющих высокое быстродействие, большие • • с широким распространением персональных компьютеров, имеющих высокое быстродействие, большие объемы памяти, практически неограниченные графические возможности, позволяющие создать функционирующие в реальном масштабе времени виртуальные измерительные устройства, с высокой степенью подобия, воспроизводящие поведение тех или иных физических приборов и систем;

 •  •  созданием автоматизированных информационно-измерительных систем различного назначения • • • • созданием автоматизированных информационно-измерительных систем различного назначения • • возможностью реализации в весьма компактной форме приборов и и модулей;

 •  •  появлением измерительного программирования, позволяющего проводить измерение, контроль,  диагностирование • • появлением измерительного программирования, позволяющего проводить измерение, контроль, диагностирование , включая функции сбора, передачи, обработки, представления измерительной информации и управления измерительным экспериментом.

9. 3. 2.  СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ И ТЕСТИРОВАНИЯ. .    Функциональные возможности9. 3. 2. СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ И ТЕСТИРОВАНИЯ. . Функциональные возможности хорошо знакомых традиционных измерительных приборов заданы их производителем, и изменить число каналов достаточно проблематично. Виртуальный прибор снимает это ограничение.

  В руках создателя системы — конструктор, из которого даже не искушенный в В руках создателя системы — конструктор, из которого даже не искушенный в компьютерных технологиях инженер или исследователь может построить измерительный прибор любой сложности.

  ВВ этом случае, скорее, требования задачи и соответствующее этому ПО, а не ВВ этом случае, скорее, требования задачи и соответствующее этому ПО, а не возможности прибора определяют функциональные характеристики законченного прибора.

   В отличии от традиционных технических средств измерений,  измерительные функции, В отличии от традиционных технических средств измерений, измерительные функции, пользовательский интерфейс, алгоритмы сбора и обработки информации определяются пользователем, а не производителем.

   Эти средства называются виртуальными по двум основным причинам:  - с Эти средства называются виртуальными по двум основным причинам: — с помощью одного и того же аппаратного и программного обеспечения можно сконструировать систему, выполняющую совершенно различные функции и имеющие различный пользовательский интерфейс.

 -управление такими системами, как правило, осуществляется через графический пользовательский  интерфейс (GUI) при -управление такими системами, как правило, осуществляется через графический пользовательский интерфейс (GUI) при помощи технологии Drag and Drop- (перенес и положил) с использованием манипуляции мышью через виртуальные элементы управления — такие системы компонуются с помощью графического программирования

   Виртуальные измерительные системы  строятся на следующих типах аппаратного обеспечения: Виртуальные измерительные системы строятся на следующих типах аппаратного обеспечения: 1. Платы сбора данных (встраиваемые). Для них характерно наличие нескольких входов: 2 — 24; выходов: 2 — 4; счётчиков/таймеров: 1 -2. Такие платы имеют программно управляемые коэффициенты усиления по различным каналам, частоте, напряжению и т. д.

 •  •  2. Процессоры сбора данных:  DAQDAQ - - boards • • 2. Процессоры сбора данных: DAQDAQ — — boards — те же платы, но со встроенным собственным процессором ( Intel 80486, Intel Pentium )) • • 3. Сигнальные процессоры. • • 4. Внешние программно-управляемые модули предварительной обработки сигналов SS СХI- модули (обмен данными по шинам ISIS А, ЕISА).

 •  •  5. Законченные программно-управляемые приборы,  работающие в различных интерфейсах: • • 5. Законченные программно-управляемые приборы, работающие в различных интерфейсах: RSRS -232, IЕЕЕ 488(2), VV ХХ II , , VMVM ЕЕ • • 6. Кабели, терминалы и другое сетевое и вспомогательное оборудование, персональные компьютеры

9. 3. 3. СТРУКТУРА ВИРТУАЛЬНОГО  ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРИБОРА - - VIVI  состоит из9. 3. 3. СТРУКТУРА ВИРТУАЛЬНОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРИБОРА — — VIVI состоит из интерактивного интерфейса пользователя, диаграммы прохождения данных, которая служит исходным текстом, и пиктограммы соединения (входы и выходы), которые позволяют VIVI быть вызванными из VIVI более высокого уровня.

 Более определенно, проектируемый VIVI спроектирован следующим образом:  •  •  - Более определенно, проектируемый VIVI спроектирован следующим образом: • • — — Интерактивный интерфей cc пользователя VIVI назван Передней Панелью , потому что он моделирует панель реального прибора.

 • • Передняя панель может содержать кнопки, переключатели,  индикаторы, диаграммы, графики, и • • Передняя панель может содержать кнопки, переключатели, индикаторы, диаграммы, графики, и другие средства отображения и управления. • • Вы вводите данные, используя мышь и клавиатуру (имитируя действия с реальной передней панелью), и затем просматриваете результаты на экране компьютера.

 •  •  -- VIVI получает команды от блок-схемы,  (состоящей из • • — VIVI получает команды от блок-схемы, (состоящей из VIVI более низкого уровня и примитивов), которую вы создаете в языке визуального проектирования « GG » » • • Блок-схема — это иллюстрированный алгоритм действий VIVI , одновременно являющийся исходным текстом VIVI. .

 •  •  -Пиктограммы соединений VIVI  и и связи между ними • • -Пиктограммы соединений VIVI и и связи между ними работают подобно разъёмам и соединяющей шине в реальных приборах, и необходимы для того, чтобы VI могли обмениваться данными друг с другом.

 Пиктограммы соединений и связи между ними позволяют вам использовать свои VIVI  как Пиктограммы соединений и связи между ними позволяют вам использовать свои VIVI как модули в других VIVI. . При наличии всех этих свойств, LL а. Ь VIVI ЕЕ WW однозначно является средством визуального модульного проектирования. .

Элементы лицевой панели Элементы функциональной панели Элементы лицевой панели Элементы функциональной панели

   После того как вы создали лицевую панель, вы определяете функциональность ВП, После того как вы создали лицевую панель, вы определяете функциональность ВП, помещая на блок-диаграмму код программы в виде других ВП и структур Lab. VIEW , для управления элементами лицевой панели. Таким образом, код программы в Lab. VIEW — это привычная для инженера блок-схема.

 Lab. VIEW  особенно удобно использовать для связи с такими аппаратными средствами, как Lab. VIEW особенно удобно использовать для связи с такими аппаратными средствами, как встраиваемые в персональный компьютер измерительными платами, платами захвата видеоизображения и управления движением, приборами, подключаемыми к персональному компьютеру через стандартные интерфейсы: GG РIВРIВ ( ( КОПКОП ), РХI, VV ХХ II , , RSRS -232/485 и т/д.

 Анализатор спектра имеет число гармоник 2. . .  1024. Он позволяет получить Анализатор спектра имеет число гармоник 2. . . 1024. Он позволяет получить амплитуды и фазы гармоник, а также коэффициенты Фурье разложения входного сигнала. По лученные данные могут быть использованы для гармонической аппроксимации этого сигнала (рис. 9. 3).

  В РФ и РБ созданы и предлагаются к реализации готовьте виртуальные приборы: В РФ и РБ созданы и предлагаются к реализации готовьте виртуальные приборы: самописец, анализатор спектра, эквалайзер, генератор.

  Эквалайзер. Число управляемых гармоник спектра 2. . . 128.  Пользователь может Эквалайзер. Число управляемых гармоник спектра 2. . . 128. Пользователь может произвести подавление или усиление любой гармоники или поддиапазона гармоник спектра исходного сигнала.

  Результат коррекции немедленно отображается в виде графика результирующего сигнала (рис. 9. 4). Результат коррекции немедленно отображается в виде графика результирующего сигнала (рис. 9. 4). Такая обратная связь позволяет легко добиваться необходимого качества обработки входных данных.

Рис. 9. 4 Рис. 9.

   Генератор.  Программируемая форма, амплитуда и частота выходного сигнала зависят от Генератор. Программируемая форма, амплитуда и частота выходного сигнала зависят от выбора аппаратных средств. Возможна генерации пакетов непериодических форм, например, запись в картотеку массивов реального сигнала, снятого на объекте, и воспроизведение его на стенде в лабораторных условиях. На рис. 9. 5 приведен генератор стандартных и произвольных форм сигналов.

9. 3. . 4. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ   Типовая архитектура ПО ИИС, которая отражает9. 3. . 4. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ Типовая архитектура ПО ИИС, которая отражает современное представление об измерительном программировании и имеет обычно три уровня: уровень метасистемы, системный уровень, уровень рабочих процедур. .

  На На метасистемном уровне проводится настройка измерительного программного обеспечения (НПО) в соответствии На На метасистемном уровне проводится настройка измерительного программного обеспечения (НПО) в соответствии с различными факторами: требованиями пользователей двух нижних уровней, аппаратного обеспечения, прикладной области и т. д.

    Системныий уровень предоставляет возможность на базе информации предыдущего уровня создать Системныий уровень предоставляет возможность на базе информации предыдущего уровня создать измерительную процедуру и снабдить ее интерфейсом пользователя в виде виртуальной приборной панели и необходимыми данными о параметрах используемых средств и методик измерений,

 а также драйверами связи с аппаратными исполнителями измерительной процедуры и и форматами представления а также драйверами связи с аппаратными исполнителями измерительной процедуры и и форматами представления результатов измерений в виде твердой копии или в формате, совместимом с принятым в базе данных.

    Нижний уровень отражает выполнение в реальном масштабе времени сформированной на Нижний уровень отражает выполнение в реальном масштабе времени сформированной на верхних уровнях рабочей процедуры. Основные особенности, характеризующие новые направления ИП в сравнении с традиционными, приведены в табл. 9. 1.

9. 3. 4. 1. Программные компоненты ВИС (более детально )  - Сетевые суперсреды9. 3. 4. 1. Программные компоненты ВИС (более детально ) — Сетевые суперсреды — для функционирования на распределённых ИС. — Интегрированные измерительные оболочки. Их основные функции — сбор, и визуальное представление информации. — Существуют оболочки большой, средней и малой мощности.

 - Проблемно-ориентированные оболочки - для решения   ограниченного круга измерительных задач. - — Проблемно-ориентированные оболочки — для решения ограниченного круга измерительных задач. — Прикладные проблемно-ориентированные пакеты для расширения функциональных возможностей программных оболочек в конкретной предметной области. — Инструментальные пакеты — для расширения функциональных возможностей виртуальных инструментов в той же среде.

 •  •  - Библиотеки драйверов часто поставляются в виде  расширения • • — Библиотеки драйверов часто поставляются в виде расширения обычных языков программирования. • • — Экспертные системы и базы данных • • — Интерактивные проблемно-решающие средства (например — М ath Lab ). ). • • — Демонстрационно-обучающие программы. • • — Автоматизированные проектировщики ИС ( DAQDAQ Desingner ))

  Необходимо отметить, что большим недостатком ВИС является то, что эти системы не Необходимо отметить, что большим недостатком ВИС является то, что эти системы не оценивают погрешности. Проблема метрологического сопровождения не решена на на сегодняшний день, но может быть реализована при помощи программных средств.

 Замена текстового представления графическим делает представление измерительных данных и процедур более наглядным, не Замена текстового представления графическим делает представление измерительных данных и процедур более наглядным, не создает языкового барьера, рисунок выражает смысл информации в более компактных единицах, например, графическое программное обеспечение Lab. VIEW фирмы National Instruments (США).

   Пакет Lab. V IЕIЕ WW — графическая альтернатива обычному программированию — Пакет Lab. V IЕIЕ WW — графическая альтернатива обычному программированию — предназначен для создания измерительных систем и представляет собой программные средства, которые требуются при работе в области мониторинга, испытаний и измерений.

  Программы в Lab. V IЕIЕ W W именуются виртуальными приборами, так как Программы в Lab. V IЕIЕ W W именуются виртуальными приборами, так как способ общения с ними напоминает реальные приборы. . Виртуальные приборы играют ту же роль, что и функции в обычных языках программирования, и представляют собой совокупность следующих элементов:

 •  •  интерактивного интерфейса с пользователем, называемого лицевой панелью, содержащей органы • • интерактивного интерфейса с пользователем, называемого лицевой панелью, содержащей органы управления и индикаторы, которые управляются с помощью мыши или клавиатуры; • • блок-схемы, конструируемой на графическом языке и являющейся исходным кодом для ВП;

 •  •  условного графического символа (пиктограммы),  обозначающего ВП, и интерфейса • • условного графического символа (пиктограммы), обозначающего ВП, и интерфейса с другими ВП (соединителя), который выполняет ту же роль, что и список параметров функции или программы в обычных языках программирования

  Программирование управляемым потоком данных находит все большее применение в измерительном графическом программировании Программирование управляемым потоком данных находит все большее применение в измерительном графическом программировании (( Lab. V IЕIЕ WW ). ). Программирование, управляемое потоком данных, позволяет избавиться от линейной архитектуры языков, основанных на тексте.

  Так как порядок выполнения программы в этом случае определяется потоком данных между Так как порядок выполнения программы в этом случае определяется потоком данных между узлами, а не последовательными строками текста, можно создавать програм мы, которые имеют многократные маршруты данных и одновременно выполнимые операции.

      Независимые маршруты данных осуществляются параллельно.   Независимые маршруты данных осуществляются параллельно. В обычном языке программирования организация параллельных операций требует наличия механизмов, поддерживающих так называемые семафоры, мониторы или рандеву. Параллельные процессы при управлении потоком данных не связаны с дополнительными затратами.

 Объектно-ориентированные технология означает построение программы как набора взаимодействующих и независимых объектов (классов), представленных Объектно-ориентированные технология означает построение программы как набора взаимодействующих и независимых объектов (классов), представленных экземплярами абстрактных типов данных и обрабатывающих информацию посредством передачи сообщений другу.

  Объединяя в единое целое данные и процедуры, классы позволяют унифицировать обращение к Объединяя в единое целое данные и процедуры, классы позволяют унифицировать обращение к различным типам данных.

   Одни классы могут наследовать структуру одного или более других классов, называемых Одни классы могут наследовать структуру одного или более других классов, называемых суперклассами; подклассы определяют наследуемую от классов спецификацию более подробно.

 Наследование дает возможность,  используя уже созданные объекты расширять свойства старых объектов путем Наследование дает возможность, используя уже созданные объекты расширять свойства старых объектов путем изменения внутренних методов.

 Так как объекты взаимодействуют в программе между собой с помощью некоторого набора сообщений, Так как объекты взаимодействуют в программе между собой с помощью некоторого набора сообщений, изменение внутренних качеств и сохранение прежнего стиля позволяют легко модифицировать имеющиеся наработки под новые запросы.

Рис. Автоматизированный измерительный комплекс на основе виртуальных приборов  фирмы NI Рис. Автоматизированный измерительный комплекс на основе виртуальных приборов фирмы NI

9. 3. 5. Новые направления ВП    Недавно на пути развития технологии9. 3. 5. Новые направления ВП Недавно на пути развития технологии программирования приборов появилась новая многообещающая идея. Она называется IVI (( Interchangeabl Virtual Instruments — взаимозаменяемые виртуальные инструменты.

 Основная идея такова. Все приборы одного класса имеют большую,  общую для всех Основная идея такова. Все приборы одного класса имеют большую, общую для всех приборов группу функций. Например, все цифровые мультиметры ( DD ММММ ) измеряют постоянное и переменное напряжение, сопротивление, а также выполняют другие функции.

 Если эти функции выделить в IVI Class  Driver  для класса DMM Если эти функции выделить в IVI Class Driver для класса DMM СС ll аа ssss , то часть программы, отвечающая за управление цифровыми мультиметрами, не будет зависеть от конкретного прибора и его драйвера.

   Основные области применения таких систем следующие:  •  • Основные области применения таких систем следующие: • • экспериментальные научные измерения и исследования реализуются в виде универсальных (функционально ориентированных) приборов в виртуальном исполнении (осциллографы, анализаторы,

 генераторы, синтезаторы сигналов,  мультиметры, вольтметры, частотомеры, и др. ) и специальных (проблемно-ориентированных) генераторы, синтезаторы сигналов, мультиметры, вольтметры, частотомеры, и др. ) и специальных (проблемно-ориентированных) систем, применяемых в спектроскопии, дистанционном зондировании Земли и др.

 разработка семейства новых универсальных компьютерных приборов, синтезированных программным путем, среди которых можно выделить разработка семейства новых универсальных компьютерных приборов, синтезированных программным путем, среди которых можно выделить приборы с блоком оценки и представления точности характеристик прибора и измерений;

Контрольные вопросы 1. Дайте определение виртуальному информационно-измерительному прибору.  2. Что явилось причиной появленияКонтрольные вопросы 1. Дайте определение виртуальному информационно-измерительному прибору. 2. Что явилось причиной появления виртуальных информационно-измерительных приборов и систем? З. Что такое измерительное программирование? 4. Перечислите уровни современного программирования. 5. Перечислите возможности метасистемного уровня. б. Перечислите возможяости системного уровня. 7. Перечислите возможности уровня рабочих процедур. 8. Перечислите возможности программы Lab. VIEW. . 9. Перечислите возможности программы IVIV I. I. 10. Перечислите области применения виртуальных измерительных систем.

10. ГОСУДАРСТВЕННАЯ СИСТЕМА СТАНДАРТИЗАЦИИ  10. 1. Общие сведения  В настоящее время ускорение10. ГОСУДАРСТВЕННАЯ СИСТЕМА СТАНДАРТИЗАЦИИ 10. 1. Общие сведения В настоящее время ускорение технического прогресса, повышение качества и надежности промышленных изделий, создание основы для широкого развития специализации производства и внедрения комплексной механизации и автоматизации производственных процессов неразрывно связаны со стандартизацией.

    Главные причины бурного внедрения стандартизации :  :  Главные причины бурного внедрения стандартизации : : 1. возрастающая сложность управления современным хозяйством; 2. быстрое развитие науки и техники; 3. усовершенствование систем, устройств и изделий, в разработке которых участвует большое число фирм; 4. создание и освоение новых материалов; повышение требований к качеству, надежности и долговечности изделий; 5. необходимость быстрой переналадки производства и т. д………. .

 В наши дни во всех передовых странах стандартизация становится всеобъемлющей, пронизывающей все звенья В наши дни во всех передовых странах стандартизация становится всеобъемлющей, пронизывающей все звенья промышленности. Стандартизация основывается на объединенных достижениях науки, техники и передового опыта и определяет основу не только настоящего, но и будущего развития, и должна осуществляться неразрывно с техническим прогрессом.

 В СССР (РБ, России и республиках)первые государственные стандарты в радиотехнике и электронике были В СССР (РБ, России и республиках)первые государственные стандарты в радиотехнике и электронике были разработаны в конце 20 -х — начале 30 -х годов и устанавливали нормы расхода материалов на сооружение, содержание и ремонт воздушных, телефонных и телеграфных линий связи; нормы сопротивления изоляции городских телефонных кабельных сетей; условные обозначения в городской телефонной магистральной и распределительной сетях.

 Стремительное развитие электро– и радиотехники, средств связи (телекоммуникационных систем) в последующие годы значительно Стремительное развитие электро– и радиотехники, средств связи (телекоммуникационных систем) в последующие годы значительно расширило области и масштабы стандартизации.

 Был разработан стандарт на основные параметры системы телевизионного вещания; утверждены стандарты на классификацию, Был разработан стандарт на основные параметры системы телевизионного вещания; утверждены стандарты на классификацию, основные параметры и методы испытаний генераторных и приемно-усилительных ламп, электронно-лучевых трубок, элементы электронной техники, антенн и радиомачт для радиовещания, приемников и передатчиков.

 В последнее время значительно расширилась номенклатура стандартизуемых изделий радиоэлектроники, а также резко повысились В последнее время значительно расширилась номенклатура стандартизуемых изделий радиоэлектроники, а также резко повысились требования к качеству, надежности и долговечности подобной продукции.

 Государственные стандарты наряду с основными, качественными показателями стали регламентировать показатели надежности и долговечности Государственные стандарты наряду с основными, качественными показателями стали регламентировать показатели надежности и долговечности изделий. . Разработаны первые перспективные стандарты в области радиоэлектроники, отражающие последние достижения науки, техники, современных радиотехнологий и мировой опыт промышленного производства.

 В Российской Федерации и Республике Беларусь введены и действуют государственные системы стандартизации (ГСС), В Российской Федерации и Республике Беларусь введены и действуют государственные системы стандартизации (ГСС), объединяющие и упорядочивающие действия по стандартизации на всех уровнях производства и управления на основе комплекса государственных стандартов

 Отечественная система стандартизации  включает стандарты, содержащие совокупность взаимосвязанных положений и правил, определяющих Отечественная система стандартизации включает стандарты, содержащие совокупность взаимосвязанных положений и правил, определяющих основные понятия, цели и задачи стандартизации; организацию и методику планирования и проведения работ по стандартизации; порядок разработки, внедрения и обращения стандартов и других нормативно-технических документов по стандартизации; порядок внесения в них изменений; и мн. другое.

 Основными законами, обеспечивающими работоспособность в области стандартизации, являются следующие законы РБ и Российской Основными законами, обеспечивающими работоспособность в области стандартизации, являются следующие законы РБ и Российской Федерации: — — «О стандартизации» ; — «Об обеспечении единства измерений» ; — «О защите прав потребителей» ; — «О сертификации продукции и услуг» .

 Введем основные понятия и определения,  касающиеся стандартизации,  установленные законом Российской Федерации Введем основные понятия и определения, касающиеся стандартизации, установленные законом Российской Федерации «О стандартизации» и стандартом в этой области ГОСТ Р 1. 0 -92. Изложенные ниже понятия и термины в области стандартизации разработаны с учетом рекомендаций международных организаций по стандартизации и приняты многими странами.

    Стандартизация — это деятельность по установлению норм,  правил и Стандартизация — это деятельность по установлению норм, правил и характеристик (далее требования) в целях обеспечения : : — безопасности продукции, работ и услуг для окружающей среды, жизни, здоровья и имущества; — технической и информационной совместимости, а также взаимозаменяемости продукции; — качества продукции, работ и услуг в соответствии с уровнем развития науки, техники и технологии; — единства измерений;

 - экономии всех видов ресурсов;  - безопасности хозяйственных объектов с учетом риска — экономии всех видов ресурсов; — безопасности хозяйственных объектов с учетом риска возникновения природных и техногенных катастроф и других чрезвычайных ситуаций; — обороноспособности и мобилизационной готовности страны.

 В международной практике узаконено более простое определение стандартизации.  стандартизация — — установление В международной практике узаконено более простое определение стандартизации. стандартизация — — установление и применение правил с целью упорядочения деятельности в определенной области на пользу и при участии всех заинтересованных сторон, в частности для достижения всеобщей оптимальной экономии при соблюдении условий эксплуатации (использования) и требований безопасности.

 Объект стандартизации — —  продукция, работа (процесс),  услуга, подлежащие или подвергшиеся Объект стандартизации — — продукция, работа (процесс), услуга, подлежащие или подвергшиеся стандартизации (т. е. которые служат предметом работы по стандартизации и могут быть охарактеризованы количественно и качественно с помощью условных единиц, обозначений или понятий).

 Нормативный документ — —  документ, устанавливающий правила, общие принципы,  характеристики объектов Нормативный документ — — документ, устанавливающий правила, общие принципы, характеристики объектов стандартизации, касающие ся различных видов деятельности или их результатов

 Стандарт — —  нормативно-технический документ по стандартизации,  устанавливающий комплекс норм, Стандарт — — нормативно-технический документ по стандартизации, устанавливающий комплекс норм, правил, требований к объекту стандартизации и утвержденный (принятый) признанным органом (предприятием).

Стандарты делятся на: международные,  межгосударственные,  региональные, национальные,  государственные,  отраслевые, научнотехническихСтандарты делятся на: международные, межгосударственные, региональные, национальные, государственные, отраслевые, научнотехнических и инженерных обществ, предприятий и другие виды.

 Международный стандарт — —  стандарт, принятый международной организацией по стандартизации.  Международный стандарт — — стандарт, принятый международной организацией по стандартизации. Межгосударственный стандарт (относится к стандартам регионального типа) — стандарт, принятый государствами, присоединившимися к соглашению о проведении

 Региональный стандарт — —  стандарт, принятый региональной организацией (т. е. рядом стран Региональный стандарт — — стандарт, принятый региональной организацией (т. е. рядом стран только одного географического или экономического региона мира) по стандартизации. Национальный стандарт — — стандарт, принятый национальным органом по стандартизации.

 Государственный стандарт Российской Федерации (ГОСТ РФ) или Республики Беларусь — национальный стандарт, Государственный стандарт Российской Федерации (ГОСТ РФ) или Республики Беларусь — национальный стандарт, принятый Комитетом Российской Федерации или Республики Беларусь по стандартизации, метрологии и сертификации (Госстандарт России , Госстандарт Республики Беларусь). Отраслевой стандарт — — (например, отрасль: промышленность средств связи, приборостроение) — стандарт, принятый государствен ным органом управления в пределах его компетенции.

 Стандарт научно-технического,  инженерного общества - - стандарт,  принятый научно-техническим, инженерным обществом Стандарт научно-технического, инженерного общества — — стандарт, принятый научно-техническим, инженерным обществом или другим общественным объединением. Стандарт предприятия — — стандарт, утвержденный определенным предприятием. Комплекс стандартов — — совокупность взаимосвязанных стандартов, объединенных общей целевой направленностью и устанавливающих согласованные требования к взаимосвязанным объек там стандартизации.

 Основополагающий стандарт — —  стандарт, имеющий широкую область распространения или содержащий общие Основополагающий стандарт — — стандарт, имеющий широкую область распространения или содержащий общие положения для определенной области. Идентичные стандарты — — гармонизированные стандарты, которые идентичны по содержанию и по форме представления.

 Сопоставимые стандарты — —  стандарты на одну и ту же продукцию, Сопоставимые стандарты — — стандарты на одну и ту же продукцию, процессы или услуги, утвержденные разными органами, занимающимися стандартизацией, в которых различные требования согласовываются на одних и тех же характеристиках и которые оцениваются с помощью одних и тех же методов, позволяющих однозначно сопоставить различия в требованиях.

 Взаимоувязанные стандарты — —  два или несколько стандартов,  устанавливающих совокупность взаимоувязанных Взаимоувязанные стандарты — — два или несколько стандартов, устанавливающих совокупность взаимоувязанных требований. Унифицированные стандарты — — стандарты, которые идентичны по содержанию, но не полностью идентичны по форме представления.

 Международная стандартизация — —  стандартизация, участие в кото рой открыто для соответствующих Международная стандартизация — — стандартизация, участие в кото рой открыто для соответствующих органов всех стран. Региональная стандартизация — — стандартизация, участие в которой принимают соответствующие органы стран только одного геогра фического или экономического региона мира. Национальная стандартизация — — стандартизация, которая проводит ся на уровне одного государства

 Комплексная стандартизация — —  стандартизация, обеспечивающая согласование показателей взаимосвязанных объектов стандартизации и Комплексная стандартизация — — стандартизация, обеспечивающая согласование показателей взаимосвязанных объектов стандартизации и сроков введения их в действие, при которой существующие и разрабатываемые стандарты с точки зрения объектов и аспектов стандартизации необходимы и достаточны для реализации поставленной цели.

 Опережающая стандартизация — —  стандартизация, при которой устанавливаются на основе разработанных прогнозов Опережающая стандартизация — — стандартизация, при которой устанавливаются на основе разработанных прогнозов требования к объ ектам стандартизации, повышенные по отношению к уже достигнутому на практике уровню и подлежащие внедрению в будущем, начиная с определенного срока.

 Местная стандартизация — —  стандартизация, проводимая на предприятиях (объединениях) и устанавливающая требования, Местная стандартизация — — стандартизация, проводимая на предприятиях (объединениях) и устанавливающая требования, нормы и правила, применяемые только на данном предприятии (объединении).

 Стандартизация по достигнутому уровню — — стандартизация,  устанавливающая показатели,  отражающие свойства Стандартизация по достигнутому уровню — — стандартизация, устанавливающая показатели, отражающие свойства существующей и освоенной в производстве продукции и таким образом фиксирующая достигнутый уровень производства.

 Программа по стандартизации  —— план работ органа,  занимающегося стандартизацией,  в Программа по стандартизации —— план работ органа, занимающегося стандартизацией, в котором перечисляются названия текущих работ по стандартизации. Область стандартизации — — совокупность взаимосвязанных объектов стандартизации

 Аспект стандартизации — — вид требований, предъявляемых к объекту стандартизации.  Технические условия Аспект стандартизации — — вид требований, предъявляемых к объекту стандартизации. Технические условия (ТУ) — нормативный документ на конкретную продукцию (услугу), утвержденный предприятием-разработчиком, как правило, по согласованию с предприятием-заказчиком (потребителем). .

 Безопасность — — отсутствие недопустимого риска, связанного с возможностью нанесения ущерба.  Охрана Безопасность — — отсутствие недопустимого риска, связанного с возможностью нанесения ущерба. Охрана здоровья людей — — защита здоровья людей от неблагоприятного воздействия продукции, работ (процессов) и услуг, окружающей среды. Охрана окружающей среды — — защита окружающей среды от неблагоприятного воздействия продукции, работ (процессов) и услуг.

 Совместимость — — пригодность продукции, процессов и услуг к совместному, не вызывающему нежелательных Совместимость — — пригодность продукции, процессов и услуг к совместному, не вызывающему нежелательных взаимодействий, использованию при заданных условиях для выполнения установленных требований.

  Взаимозаменяемость — — пригодность одного изделия,  процесса, услуги для использования вместо Взаимозаменяемость — — пригодность одного изделия, процесса, услуги для использования вместо другого изделия, процесса, услуги в целях выполнения одних и тех же требований

 Применение стандарта — — использование стандарта его пользователями с выполнением требований, установленных в Применение стандарта — — использование стандарта его пользователями с выполнением требований, установленных в стандарте, в соответствии с областью их распространения и сферой действия.

 Применение международного,  регионального или национального стандарта другой страны — — использование международного, Применение международного, регионального или национального стандарта другой страны — — использование международного, регионального или национального стандарта другой страны путем включения его полного содержания в отечественный нормативный документ по стандартизации.

 Дата введения стандарта в действие — — дата, с которой стандарт приобретает юридическую Дата введения стандарта в действие — — дата, с которой стандарт приобретает юридическую силу. Пользователь стандарта — юридическое или физическое лицо, применяющее стандарт в своей научно-исследовательской, учебно-педагогической, опытно-конструкторской, производственной, технологической и других видах деятельности.

10. 2. Цели и задачи стандартизации Основными целями стандартизации являются:   - защита10. 2. Цели и задачи стандартизации Основными целями стандартизации являются: — защита интересов государства и потребителей в вопросах номенклатуры и качества продукции, услуг и процессов, обеспечивающих их безопасность для жизни, здоровья людей и их имущества, охрану окружающей среды;

 •  •  повышение качества продукции в соответствии с развитием науки и • • повышение качества продукции в соответствии с развитием науки и техники, с потребностями населения и народного хозяйства; • • обеспечение совместимости и взаимозаменяемости продукции, а также развитие специализации в области проектирования и производства продукции; установление рациональной номенклатуры выпускаемой продукции;

   •  •  содействие экономии людских и материальных ресурсов, улучшению • • содействие экономии людских и материальных ресурсов, улучшению экономических показателей производства; • • устранение технических барьеров в производстве и торговле, обеспечение конкурентоспособности продукции на мировом рынке и эффективного участия государства в межгосударственном и международном разделении труда; .

  • •  развитие международного экономического, технического и культурного сотрудничества; создание условий • • развитие международного экономического, технического и культурного сотрудничества; создание условий для развития экспорта товаров, отвечающих современным требованиям мирового рынка; • • ускорение научно-технического прогресса, повышение эффективности общественного производства и производительности труда (в том числе инженерного и управленческого);

  • •  обеспечение безопасности народнохозяйственных объектов с учетом риска возникновения природных • • обеспечение безопасности народнохозяйственных объектов с учетом риска возникновения природных и техногенных катастроф и других чрезвычайных ситуаций; • • содействие повышению обороноспособности и мобилизационной готовности страны.

  В соответствии с отмеченными целями основными задачами стандартизации  являются:  • В соответствии с отмеченными целями основными задачами стандартизации являются: • • обеспечение взаимопонимания между разработчиками, изготовителями, продавцами и потребителями (заказчиками); • • унификация на основе разработки и применения параметрических и типоразмерных числовых рядов, базовых конструкций, унифицированных блочно-модульных составных частей изделий;

 •  •  установление требований по совместимости (электрической,  электромагнитной, конструктивной, • • установление требований по совместимости (электрической, электромагнитной, конструктивной, информационной, алгоритмической, программной и пр. ), а также взаимозаменяемости продукции; • • установление оптимальных требований к номенклатуре и качеству продукции в интересах потребителя и государства, в том числе обеспечивающих ее безопасность для жизни, здоровья людей и имущества, охрану окружающей среды;

 •  •  установление метрологических норм, правил, положений и требований;  • • • установление метрологических норм, правил, положений и требований; • • обеспечение единства и достоверности измерений в стране, создание государственных эталонов единиц физических величин и совершенствование методов и средств измерений высшей точности;

 •  •  нормативно-техническое обеспечение контроля испытаний, анализа,  сертификации и оценки • • нормативно-техническое обеспечение контроля испытаний, анализа, сертификации и оценки качества продукции; • • разработка требований к технологическим процессам, в том числе для снижения дополнительных затрат, материалоемкости, энергоемкости и трудоемкости с целью применения малоотходных технологий при производстве;

 •  •  установление единых систем документации, в том числе унифицированных, используемых • • установление единых систем документации, в том числе унифицированных, используемых в автоматизированных системах управления, установление систем классификации и кодирования технико-экономической информации, разработка форм и систем организации производства;

 •  •  нормативное обеспечение межгосударственных и государственных социально-экономических и научно-технических проектов • • нормативное обеспечение межгосударственных и государственных социально-экономических и научно-технических проектов и инфраструктурных комплексов (( транспорт, связь, оборона, охрана окружающей среды, контроль среды обитания, безопасность страны, населения и пр. );

 •  •  создание системы каталогов для обеспечения потребителей информацией о номенклатуре • • создание системы каталогов для обеспечения потребителей информацией о номенклатуре и показателях продукции; • • содействие выполнению законодательства Республики Беларусь и Российской Федерации методами и средствами стандартизации.

    10. 3. Категории и виды стандартов Российской Федерации и Республики 10. 3. Категории и виды стандартов Российской Федерации и Республики Беларусь При выборе объектов стандартизации необходимо однозначно определить категорию и вид предполагаемого к разработке стандарта, которые смогут обеспечить наибольший технико-экономический эффект от его внедрения. Исходя из этих же соображений должна быть определена и степень обязательности разрабатываемого стандарта.

 При решении этой задачи кроме проведения анализа перспективности применения стандартизуемого объекта разработчикам стандарта При решении этой задачи кроме проведения анализа перспективности применения стандартизуемого объекта разработчикам стандарта необходимо иметь четкое представление об установленных государственной системой стандартизации и применяемых в промышленности категориях и видах стандартов — их назначении, содержании, построении и взаимосвязи и т. д.

 Неправильное установление категории, вида или степени обязательности разработанного стандарта может привести к серьезным Неправильное установление категории, вида или степени обязательности разработанного стандарта может привести к серьезным затруднениям при его внедрении в проектирование и производство и в значительной степени обесценить технико-экономический эффект стандартизации.

     Категории стандартов.   В Российской Федерации и РБ Категории стандартов. В Российской Федерации и РБ в соответствии с единой государственной системой стандартизации в радиоэлектронной промышленности разрабатываются и применяются стандарты следующих трех категорий: • • государственные стандарты — ГОСТ; • • отраслевые стандарты — ОСТ; • • стандарты предприятий — СТП.

    Государственные стандарты  обязательны к применению всеми предприятиями, организациями и Государственные стандарты обязательны к применению всеми предприятиями, организациями и учреждениями во всех отраслях народного хозяйства.

  Их действие распространяется преимущественно на объекты межотраслевого применения, нормы,  требования, параметры, Их действие распространяется преимущественно на объекты межотраслевого применения, нормы, требования, параметры, показатели качества продукции, термины, обозначения и пр. , необходимые для обеспечения единства и взаимосвязи различных областей науки, техники и производства, а также на продукцию массового и крупносерий ного производства широкого и межотраслевого применения.

     Объектами государственной  стандартизации обязательно должны быть:  • Объектами государственной стандартизации обязательно должны быть: • • общетехнические и организационно-методические правила и нормы (ряды номинальных частот и напряжений электрического тока, предпочтительные числа, требования охраны природной среды, рационального использования природных ресурсов и пр. );

  • •  межотраслевые требования и нормы техники безопасности и производственной санитарии • • межотраслевые требования и нормы техники безопасности и производственной санитарии • • общие требования к продукции, имеющей межотраслевое применение (по устойчивости к воздействиям внешней среды, радиационной стойкости и т. д. ); • • основные эксплуатационные свойства и технические характеристики групп однородной продукции, имеющей межотраслевое применение (сырья, материалов, машин, изделий, приборов) и методы их контроля;

 •  •  единицы физических величин,  государственные эталоны единиц физических величин, • • единицы физических величин, государственные эталоны единиц физических величин, правила государственных испытаний средств измерений, методы и средства поверки средств измерений, методики выполнения и нормы точности (погрешности) измерений; • • научно-технические термины, определения и обозначения;

 •  •  системы классификации и кодирования технико-экономической информации;  • • • системы классификации и кодирования технико-экономической информации; • • системы конструкторской, технологической, управленческой документации, формы и системы организации производства.

 Отраслевые стандарты обязательны к применению всеми предприятиями,  организациями и учреждениями данной отрасли, Отраслевые стандарты обязательны к применению всеми предприятиями, организациями и учреждениями данной отрасли, а также предприятиями и организациями других отраслей, использующих (потребляющих) продукцию этой отрасли. Отраслевые стандарты организационно-методического характера обязательны только для предприятий, организаций и учреждений утвердившего их министерства (ведомства).

     К объектам отраслевой стандартизации относятся:  изделия серийного и К объектам отраслевой стандартизации относятся: изделия серийного и мелкосерийного производства; конкретные виды продукции, для которой государственными стандартами установлены общие технические характеристики;

 -детали и сборочные единицы,  технологическая оснастка и инструменты, сырье, материалы,  полуфабрикаты, -детали и сборочные единицы, технологическая оснастка и инструменты, сырье, материалы, полуфабрикаты, технологические нормы и типовые технологические процессы внутриотраслевого применения; — методики выполнения и нормы точности измерений.

     Стандарты предприятия  являются обязательными только для предприятия, разработавшего Стандарты предприятия являются обязательными только для предприятия, разработавшего и утвердившего данный стандарт, также могут с учетом особенностей конкретного предприятия ограничивать применение конкретной номенклатуры материалов, изделий, узлов и деталей, установленной стандартами других категорий.

Государственная система стандартизации  устанавливает на продукцию и услуги стандарты предприятия всех категорий, Государственная система стандартизации устанавливает на продукцию и услуги стандарты предприятия всех категорий, которые в общем случае должны включать следующие разделы: • • общие технические условия и технические требования; • • классификацию, основные параметры и размеры; • • требования безопасности труда;

 •  •  требования охраны окружающей среды;  •  • • • требования охраны окружающей среды; • • типы, сортамент, марки и конструкция; • • правила маркировки, упаковки, транспортировки и хранения про дукции; • • методы контроля и испытаний; • • эксплуатацию с последующим ремонтом и утилизацией.

  Обозначение государственного стандарта   Российской Федерации и РБ состоят из индекса Обозначение государственного стандарта Российской Федерации и РБ состоят из индекса (ГОСТ Р), (ГОСТ РБ, ДАСТ) регистрационного номера и отделенных тире двух последних цифр года утверждения. При вхождении Госстандарта в комплекс стандартов в его регистрационном номере первые цифры с точкой определяют код системы. Далее структура обозначения включает номер классификационной группы и порядковый номер регистрации Госстандарта.

     Пример обозначения:      ГОСТ Р Пример обозначения: ГОСТ Р 2. 41 -99 , , где 2 — комплекс стандартов Единой системы конструкторской документации (ЕСКД); 4 — код классификационной группы; 1 — разработан первым по порядку; 99 — утвержден в 1999 г.

   Обозначение Госстандарта РФ и РБ  оформленного на основе применения аутентичного Обозначение Госстандарта РФ и РБ оформленного на основе применения аутентичного текста международного (или регионального) стандарта состоит из индекса (ГОСТ Р), обозначения соответствующего международного стандарта и отделенных тире двух последних цифр года утверждения.

     Пример обозначения: ГОСТ Р ИСО 9591 -99 ; ; Пример обозначения: ГОСТ Р ИСО 9591 -99 ; ; ИСО — Международная организация по стандартизации.

   Обозначение стандарта отрасли состоит из индекса (ОСТ),  условного обозначения министерства Обозначение стандарта отрасли состоит из индекса (ОСТ), условного обозначения министерства и регистрационного номера, присвоенном министерством по согласованию с Госстандартом, и отделенных тире двух последних цифр года утверждения.

 Аналогично обозначению отраслевого стандарта строится структура обозначения стандартов предприятий  (СТП)  и Аналогично обозначению отраслевого стандарта строится структура обозначения стандартов предприятий (СТП) и и научно-технического, инженерного общества и других общественных организаций и объединений (СТО).

     Виды стандартов   ВВ соответствии с единой государственной Виды стандартов ВВ соответствии с единой государственной системой стандартизации в промышленности установлены следующие основные виды стандартов: • • основополагающие стандарты; • • стандарты на методы контроля; • • стандарты на работы и процессы; • • стандарты на продукцию и услуги.

    Основополагающие общетехнические      стандарты  Основополагающие общетехнические стандарты устанавливают: • • научно-технические термины и их определения, многократно используемые в науке, технике, промышленности, культуре; • • условные цифровые и буквенные обозначения параметров физических величин, их размерность, символы и т. д. ; • • общетехнические величины, требования и нормы для технического и метрологического обеспечения технологических процессов.

Стандарты на методы контроля,  испытаний, измерения и анализа  должны обеспечивать проверку всехСтандарты на методы контроля, испытаний, измерения и анализа должны обеспечивать проверку всех обязательных требований к качеству выпускаемой продукции. В зависимости от специфики проведения метода контроля стандарты устанавливают: • • средства контроля и вспомогательные устройства;

 •  •  порядок подготовки к проведению анализа;  •  • • • порядок подготовки к проведению анализа; • • порядок проведения контрольных операций; • • порядок обработки результатов контроля; • • допустимую погрешность контроля.

    Стандарты на работы и процессы  устанавливают требования к методам Стандарты на работы и процессы устанавливают требования к методам и нормам выполнения различного рода работ и технологических процессов изготовления и эксплуатации продукции, обеспечивающие их оптимальность и техническое единство. При этом в стандартах указываются требования к оборудованию, инструменту, приспособлениям и вспомогательным материалам.

    В соответствии с единой государственной системой стандартизации   в В соответствии с единой государственной системой стандартизации в промышленности установлены следующие основные виды стандартов, распространяющихся на определенную продукцию (услугу): • • стандарт технических условий (общих технических условий); • • стандарт типов и основных параметров (размеров);

 •  •  стандарт конструкции и размеров;  •  • • • стандарт конструкции и размеров; • • стандарт технических требований; • • стандарт сортамента; • • стандарт марок; стандарт методов испытаний; • • стандарт правил приемки;

 •  •  стандарт правил маркировки, упаковки,  хранения и транспорти ровки • • стандарт правил маркировки, упаковки, хранения и транспорти ровки (отметим, что часто употребляют термин «транспортирования» ); • • стандарт правил эксплуатации и ремонта; • • стандарт типовых технологических процессов; • • стандарт на методы и средства поверки измерительных приборов.

     Пример К стандартам основных параметров (размеров), например, относятся: Пример К стандартам основных параметров (размеров), например, относятся: ГОСТ 2825 -67 «Резисторы постоянные. Ряды номинальных сопротивлений» ; ГОСТ 12661 -67 «Конденсаторы и резисторы электрические. Длины монтажные и диаметры проволочных выводов» ; ГОСТ 2519 -67 «Конденсаторы электрические постоянные. Ряды номинальных емкостей» ;

   Стандартами технических требований в в радиоэлектронике в частности являются:  Стандартами технических требований в в радиоэлектронике в частности являются: ГОСТ 9686 -68 «Аппараты телефонные общего применения для автоматических телефонных станций (АТС). Технические требования» ; ГОСТ 11289 -65 «Антенны телевизионные приемные. Технические требования» ; ГОСТ 11630 -65 «Приборы полу проводниковые. Диоды и транзисторы для устройств широкого применения. Общие технические требования» ;

 Стандарт методов испытаний  регламентирует методы испытаний (контроля, анализа, измерения) технических требований, определяющих Стандарт методов испытаний регламентирует методы испытаний (контроля, анализа, измерения) технических требований, определяющих качественные показатели изделий. Стандарты этого вида должны содержать кроме описания методов испытаний также требования к испытательной и измерительной аппаратуре, условия проведения испытаний и порядок определения результатов испытаний.

 Стандартами этого вида являются:  ГОСТ 11199 -65  «Резисторы переменные. Методы испытаний» Стандартами этого вида являются: ГОСТ 11199 -65 «Резисторы переменные. Методы испытаний» ; ГОСТ 13107 -67 «Аппаратура проводной связи. Методы измерения акустических шумов»

  10. 4. Основные принципы и методы стандартизации Основные принципы стандартизации.  10. 4. Основные принципы и методы стандартизации Основные принципы стандартизации. Основные результаты действия стандартизации оценивают по тем изменениям, которые она внесла в развитие научно-технического прогресса и хозяйственную деятельность. Для того чтобы стандартизация была эффективной, при ее проведении необходимо соблюдение определенных принципов.

 Системный подход в стандартизации  направление практической деятельности, в основе которого лежит рассмотрение Системный подход в стандартизации направление практической деятельности, в основе которого лежит рассмотрение объектов стандартизации как систем.

  В основу этого подхода заложена система - - целое, составленное из частей В основу этого подхода заложена система — — целое, составленное из частей или, в современном понимании, множество элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом и образующих определенную целостность, единство.

 Научный подход в стандартизации    основан на том, что показатели, Научный подход в стандартизации основан на том, что показатели, нормы, характеристики и требования, включаемые в стандарт, должны соответствовать передовому уровню науки и техники и основываться на результатах научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ

  Целенаправленность и  технико-экономическая целесообразность   характеризуются тем, что проведение работ Целенаправленность и технико-экономическая целесообразность характеризуются тем, что проведение работ по стандартизации, разработка любого стандарта должны быть обоснованы и направлены на решение конкретных задач на соответствующих уровнях производства и управления.

Прогрессивность и оптимальность стандарта    следует из самой сути стандартизации,  отраженнойПрогрессивность и оптимальность стандарта следует из самой сути стандартизации, отраженной в ее определении. Новые стандарты на продукцию должны не только отвечать современным запросам и конъюнктуре, но и учитывать тенденции развития соответствующих

 Необходимость взаимной увязки  стандартов связана с основными целями и задачами стандартизации. Необходимость взаимной увязки стандартов связана с основными целями и задачами стандартизации. Показатели, параметры, нормы, характеристики, требования, устанавливаемые в стандартах, разрабатываемых должны также соответствовать международным стандартам и учитывать рекомендации международных организаций.

    Принцип комплексности стандартизации — — один из основных принципов. Принцип комплексности стандартизации — — один из основных принципов. Практика стандартизации привела к двум взаимо связанным направлениям ее осуществления: от частного к целому; от целого к частному.

Принцип взаимозаменяемости изделий — — свойство независимо изготовляемых деталей и сборочных единиц занимать своеПринцип взаимозаменяемости изделий — — свойство независимо изготовляемых деталей и сборочных единиц занимать свое место в изделии без дополнительной обработки. Данный принцип позволяет в процессе монтажа и замены технических конструкций (оборудования, приборов, аппаратов, механизмов, агрегатов) исключить необходимость в подгонке

 Различают функциональную и геометрическую взаимозаменяемость изделий. .  Функциональная взаимозаменяемость  предусматривает обеспечение Различают функциональную и геометрическую взаимозаменяемость изделий. . Функциональная взаимозаменяемость предусматривает обеспечение физико-химических и эксплуатационных показателей без нарушения технических требований к конкретному изделию.

 Функциональная взаимозаменяемость  предполагает не только возможность нормальной сборки,  но и нормальную Функциональная взаимозаменяемость предполагает не только возможность нормальной сборки, но и нормальную работу изделия после установки в нем новой детали или другой составной части взамен вышедшей из строя

Геометрическая взаимозаменяемость ——  вид взаимозаменяемости, при которой обеспечивается сборка изделия по геометрическим параметрамГеометрическая взаимозаменяемость —— вид взаимозаменяемости, при которой обеспечивается сборка изделия по геометрическим параметрам с учетом размеров, формы и расположения деталей

   Принцип предпочтительности  используется при разработке стандартов на изделия широкого применения, Принцип предпочтительности используется при разработке стандартов на изделия широкого применения, решении задач рационального выбора и установления градаций количественных значений параметров изделий, проведении унификации, типизации и должен основываться на использовании рядов предпочтительных чисел.

 Сущность «параметрической»  стандартизации заключена в том,  что параметры изделий массового производства Сущность «параметрической» стандартизации заключена в том, что параметры изделий массового производства устанавливаются по по определенным правилам, на на основе рядов предпочтительных чисел.

   Практически все системы согласования   параметров строятся на трех основных Практически все системы согласования параметров строятся на трех основных правилах: пропорциональности —— параметры объекта пропорциональны одному главному параметру; аддитивности —— параметры объекта укладываются в ряды чисел, образуемых путем последовательного сложения; мультипликативности — — параметры объекта укладываются в ряды чисел, образуемых путем умножения на постоянный множитель.

  Согласно принципу предпочтительности необходимо установить набор установленных значений параметров,  удовлетворяющих следующим Согласно принципу предпочтительности необходимо установить набор установленных значений параметров, удовлетворяющих следующим требованиям: • • представлять рациональную систему градаций с учетом потребностей производства и эксплуатации;

 •  •  иметь бесконечное число возрастающих (или убывающих) значений;  • • • иметь бесконечное число возрастающих (или убывающих) значений; • • включать все десятичные значения любого числа и единицу; • • быть простыми и легко запоминающимися.

 В Российской Федерации и РБ действует система предпочтительных чисел (рекомендована Международной организацией по В Российской Федерации и РБ действует система предпочтительных чисел (рекомендована Международной организацией по стандартизации — ИСО), устанавливающая предпочтительные числа и ряды предпочтительных чисел ( ряды RR ). ).

 Специальные исследования показали, что наиболее оптимальными являются ряды,  построенные по геометрической прогрессии. Специальные исследования показали, что наиболее оптимальными являются ряды, построенные по геометрической прогрессии. Геометрическая прогрессия — это ряд чисел, в котором каждое последующее число получается умножением предыдущего на знаменатель прогрессии

  Преимущество геометрической прогрессии состоит в том, что в любом  интервале процент Преимущество геометрической прогрессии состоит в том, что в любом интервале процент увеличения величины числа является неизменным; недостаток — все ее члены обязательно округляются.

 Пусть имеется геометрический ряд, в котором aa 11 , a, a 22 , Пусть имеется геометрический ряд, в котором aa 11 , a, a 22 , …a nn — члены прогрессии. В ряде, построенном на основе геометрической прогрессии, постоянен ее знаменатель ww , , т. е. отношение последующего члена ряда к предыдущему: w = a n+1 / aa nn

  Каждый последующий член ряда является произведением предыдущего члена на знаменатель ряда w. Каждый последующий член ряда является произведением предыдущего члена на знаменатель ряда w. w. В этом случае любой член геометрической прогрессии можно вычислить по формуле aa ii =a =a 1 1 w w ⁿⁿ , , где n =n = (i-1) В частности, при aa 11 = 1 и ww = 2 получим ряд 1, 2, 4, 8, 16, . . . , аа при ww == 1, 4 — ряд 1; 1, 4; 2; 2, 8, . . . .

   Ряды, построенные на основе геометрической прогрессии,  обладают следующими свойствами: Ряды, построенные на основе геометрической прогрессии, обладают следующими свойствами: • • произведение или частное каждых любых из двух его членов является членом ряда; • • любой член ряда, возведенный в целую положительную степень, также является членом этого ряда.

 Из этих свойств следует, что зависимости, определяемые из произведений членов ряда или их Из этих свойств следует, что зависимости, определяемые из произведений членов ряда или их степеней, всегда подчиняются закономерностям этого ряда. Так, например, при выборе длин сторон прямоугольника из ряда предпочтительных чисел, его площадь будет членом этого ряда.

 Иногда находят применение ряды, построенные на основе арифметической прогрессии.  Известно, что в Иногда находят применение ряды, построенные на основе арифметической прогрессии. Известно, что в арифметической прогрессии разность между ее соседними членами постоянна. Любой член арифметической прогрессии можно вычислить по формуле aa nn = a 11 + b(n-1) где аа 11 — — первый член прогрессии; bb — — разность прогрессии; nn — — номер члена.

 В частности, последовательность чисел 1, 2, 3, 4, 5, . . . В частности, последовательность чисел 1, 2, 3, 4, 5, . . . представляет арифметическую прогрессию, возрастающую с разностью 1. Последовательность чисел 1; 0, 75; 0, 5; 0, 25. . . — арифметическая прогрессия, убывающая с разностью 0, 25.

   Ряды предпочтительных чисел, построенные на основе арифметической прогрессии,  имеют существенный Ряды предпочтительных чисел, построенные на основе арифметической прогрессии, имеют существенный недостаток — неравномерность ряда. .

 Данный недостаток и ограничивает их применение. В приведенной выше возрастающей последовательности с разностью Данный недостаток и ограничивает их применение. В приведенной выше возрастающей последовательности с разностью 1, второй член ряда превышает первый на 100%, десятый больше девятого на 11%, а сотый больше девяносто девятого всего на 1%.

 В результате большие числа следуют друг за другом с очень малыми интервалами (слишком В результате большие числа следуют друг за другом с очень малыми интервалами (слишком часто), что не всегда экономически оправдано и рационально.

 Для устранения этого недостатка,  используют ступенчатые ряды,  составленные из отрезков арифметических Для устранения этого недостатка, используют ступенчатые ряды, составленные из отрезков арифметических рядов с различными разностями. По такому принципу, например, построен ряд номиналов монет Российской Федерации — 1, 2, 5 рублей, в РБ- 10, 20, 50 рублей.

 Международной организацией по стандартизации рекомендовано для построения рядов предпочтительных чисел на основе геометрической Международной организацией по стандартизации рекомендовано для построения рядов предпочтительных чисел на основе геометрической прогрессии использовать ряды, в которых происходит десятикратное увеличение каждого nn -го-го члена. Наиболее удобными для практики признаны ряды, у которых первый член а 1 1 = 1 и знаменатель ww = = ⁿⁿ √ √ 1010. .

 Стандартом установлено четыре основных ряда предпочтительных чисел, обозначаемых RR 5, 5, RR 10, Стандартом установлено четыре основных ряда предпочтительных чисел, обозначаемых RR 5, 5, RR 10, RR 20, RR 4040 и один дополнительный RR 80, значения ww для которых соответственно равны:

 Ряды предпочтительных чисел,  приведенные в соответствующем стандарте, включают их значения в диапазоне Ряды предпочтительных чисел, приведенные в соответствующем стандарте, включают их значения в диапазоне от 0 до ∞∞ , , полученные для величин а 1, лежащих в интервале 1 < аа ≤≤ 10.

 Для перехода от чисел этого интервала в любой другой десятичный интервал необходимо умножить Для перехода от чисел этого интервала в любой другой десятичный интервал необходимо умножить соответствующее число на на 1010 * (k) , , где к —к — целое положительное или отрицательное число. Например, при к =к = 1 все числа ряда перейдут в интервал 10 < аа ≤≤ 100, а при кк = -1 — в интервал 0, 1 < аа ≤≤ 1. 1.

 Допускается также использовать производные ряды, которые образуются из основных путем отбора каждого второго, Допускается также использовать производные ряды, которые образуются из основных путем отбора каждого второго, третьего или в общем случае каждого nn — го члена ряда. В частности, ряд, обозначенный как RR 40/5, включает в себя каждый пятый член ряда RR 40. В основу построения предпочтительных чисел Российской Федерации положен ряд RR 4040 с параметрами от 0 до 10 (табл. 10. 1).

 Таблица 10. 1.  Ряды предпочтительных    чисел Таблица 10. 1. Ряды предпочтительных чисел

 Для выражения числовых параметров ряда электрических величин  используются числа, построенные по рядам Для выражения числовых параметров ряда электрических величин используются числа, построенные по рядам согласно рекомендациям Международной электротехнической Комиссии (МЭК). Для этих рядов (ряды Е) ww = и п = 3, 6, 12, 24. . Примером применения рядов Е могут служить ряды номинальных значений сопротивлений резисторов и емкостей конденсаторов

  Основные методы стандартизации.    В зависимости от метода решения главной Основные методы стандартизации. В зависимости от метода решения главной задачи стандартизации различают несколько ее основных форм: симплификацию, унификацию, типизацию , агрегатирование.

  Симплификация заключается в простом сокращении числа применяемых при разработке изделия или при Симплификация заключается в простом сокращении числа применяемых при разработке изделия или при его производстве марок и сортаментов материалов, полуфабрикатов, комплектующих изделий и пр. , до количества, технически и экономически целесообразного, достаточного для выпуска изделий с требуемыми показателями качества

 Унификация — выбор оптимального числа разновидностей продукции,  процессов и услуг, значений их Унификация — выбор оптимального числа разновидностей продукции, процессов и услуг, значений их параметров и размеров. Она заключается в рациональном сокращении числа типов, видов и размеров объектов одинакового функционального назначения и направлена на уменьшение числа разновидностей

 Типизация — форма стандартизации, заключающаяся в разработке и установлении типовых решений (конструктивных, Типизация — форма стандартизации, заключающаяся в разработке и установлении типовых решений (конструктивных, технологических, организационных и т. д. ) на основе наиболее прогрессивных методов и режимов работы.

  Определение «типизация»  непосредственно связано с двумя понятиями:  •  • Определение «типизация» непосредственно связано с двумя понятиями: • • типоразмер изделия — — характеристика, определяющая отличие изделия от других изделий этой же конструкции (типа) хотя бы числовым значением любого параметра; • • типоразмерный ряд — — совокупность типоразмеров изделия, построенная в соответствии с числовыми значениями одного из конкретных его параметров.

 Агрегатирование — метод создания новых машин, приборов и другого оборудования путем компоновки конечного Агрегатирование — метод создания новых машин, приборов и другого оборудования путем компоновки конечного изделия из ограниченного набора стандартных и унифицированных узлов и агрегатов, обладающих геометрической и функциональной взаимозаменяемостью.

Отметим еще ряд специфических методов осуществления стандартизации. .  Принцип расчленения является основной предпосылкойОтметим еще ряд специфических методов осуществления стандартизации. . Принцип расчленения является основной предпосылкой для развития нового метода создания оборудования, полностью отвечающего требованиям производства для рационального агрегатирования.

 Специализация производства - - организационно-технические мероприятия, направленные на создание технологий по выпуску однотипной Специализация производства — — организационно-технические мероприятия, направленные на создание технологий по выпуску однотипной продукции в крупносерийном масштабе при наилучшем качестве и минимальной себестоимости.

 Программно-целевой метод  относится к одному из важнейших методов стандартизации и заключается в Программно-целевой метод относится к одному из важнейших методов стандартизации и заключается в разработке и практической реализации комплексных целевых программ по наиболее важным научно-техническим, экономическим и социальным проблемам общества

 Стратегическим направлением развития технических систем стало модульное формирование техники  (МФТ ), являющееся Стратегическим направлением развития технических систем стало модульное формирование техники (МФТ ), являющееся высшей формой стандартизации. Сущность МФТ заключается в комплектовании сложных комплексов с большим разнообразием характеристик и типоразмеров из одинаковых первичных (типовых или стандартных) общих элементов-модулей.

10. 5. Государственные и отраслевые системы стандартов на общетехнические нормы и требования  10. 5. Государственные и отраслевые системы стандартов на общетехнические нормы и требования Важную роль в организации и проведении работ на всех стадиях создания и развития изделия играет стандартизация общих норм, правил и требований. Эти нормы в значительной степени совпадают с общепромышленными нормами, регламентируемыми государственными стандартами;

 в этом случае отраслевые стандарты или стандарты предприятия разрабатываются в развитие, дополнение и в этом случае отраслевые стандарты или стандарты предприятия разрабатываются в развитие, дополнение и ограничение государственных стандартов с учетом специфических условий отрасли или предприятия.

  По назначению и содержанию общие нормы стандартизации принято делить на следующие группы: По назначению и содержанию общие нормы стандартизации принято делить на следующие группы: • • организационно-методические; • • общетехнические; • • проектно-конструкторские; • • производственно-технологические.

    КК  организационно-методическим  нормам относятся нормы, требования и правила, КК организационно-методическим нормам относятся нормы, требования и правила, устанавливающие организацию проведения работ на всех стадиях создания и развития продукции и во всех сферах деятельности предприятий и организаций.

  Организационно-методические нормы устанавливают порядок разработки,  изготовления, испытаний и утверждения опытных образцов Организационно-методические нормы устанавливают порядок разработки, изготовления, испытаний и утверждения опытных образцов новых изделий для экспорта, положения о различных функциональных службах предприятий и их структурных подразделений и т. д.

 Основополагающим нормативно-техническим документом, регламентирующим организацию и методику проведения работ по стандартизации, является комплекс Основополагающим нормативно-техническим документом, регламентирующим организацию и методику проведения работ по стандартизации, является комплекс стандартов, определяющий следующие установки: • • порядок планирования работ по стандартизации и унификации; • • порядок разработки, утверждения, регистрации и издания стандартов;

 •  •  порядок составления технических отчетов о работах в области стандартизации; • • порядок составления технических отчетов о работах в области стандартизации; • • порядок внедрения на предприятиях и в организациях стандартов всех категорий; • • принцип учета применяемости стандартов, а также стандартизованных и унифицированных изделий;

 •  •  методику подсчета экономической эффективности работ по стандартизации;  • • • методику подсчета экономической эффективности работ по стандартизации; • • порядок определения уровня унификации изделий; • • методику проведения унификации на всех этапах создания и развития продукта и т. д.

 Государственные и отраслевые стандарты на общетехнические нормы  устанавливают единые термины, понятия, обозначения, Государственные и отраслевые стандарты на общетехнические нормы устанавливают единые термины, понятия, обозначения, а также требования к технической и другой служебной документации, применяемой во всех сферах человеческой деятельности.

 Это стандарты, регламентирующие обозначения технических величин,  единицы измерения, систему конструкторской документации (включая Это стандарты, регламентирующие обозначения технических величин, единицы измерения, систему конструкторской документации (включая классификацию и обозначение изделий и технических документов — конструкторских, технологических и прочие документы), систему нормативно-технической документации, систему технологической, товаросопроводительной и др.

 В сфере производства в отраслях РБ и РФ установлены и действуют единые государственные В сфере производства в отраслях РБ и РФ установлены и действуют единые государственные системы стандартов, которые обеспечивают единообразие и эффективность проведения важнейших видов работ, общих для различных отраслей хозяйства. К ним прежде всего относятся: Государственная система стандартизации (ГСС); Государственная система обеспечения единства измерений (ГСОЕИ — ГСИ);

 Единая система классификации и  кодирования технико-экономической информации (ЕСККТИ); Единая система конструкторской документации Единая система классификации и кодирования технико-экономической информации (ЕСККТИ); Единая система конструкторской документации (ЕСКД); Единая система технологической подготовки производства (ЕСТПП); Единая система технологической документации (ЕСТД); Государственная система стандартов безопасности труда (ГССБТ).

Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ).  Точные и достоверные измерения обеспечивают соответствие выпускаемойГосударственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Точные и достоверные измерения обеспечивают соответствие выпускаемой продукции требованиям стандартов, техническим условиям и другой нормативно-технической документации.

 Измерения лежат в самой основе производства и в значительной мере определяют возможность получения Измерения лежат в самой основе производства и в значительной мере определяют возможность получения качественной продукции.

 Огромное разнообразие измеряемых физических величин, методов и средств  измерений, применяемых в народном Огромное разнообразие измеряемых физических величин, методов и средств измерений, применяемых в народном хозяйстве, потребовали разработки в рамках ГСС единой системы метрологического обеспечения разработки, производства, испытаний и эксплуатации продукции, научных исследований и других видов деятельности во всех отраслях хозяйства.

 Единая десятичная система классификации и кодирования технико-экономической информации. . Современный технический прогресс промышленности Единая десятичная система классификации и кодирования технико-экономической информации. . Современный технический прогресс промышленности и связанное с этим увеличение потоков информации требуют оперативной ее обработки для планирования, учета и эффективной координации деятельности предприятий и отраслей

 Для этого создана Государственная система классификации и кодирования,  включающая комплекс взаимосвязанных общесоюзных Для этого создана Государственная система классификации и кодирования, включающая комплекс взаимосвязанных общесоюзных классификаторов промышленной и сельскохозяйственной продукции, конструкторской документации и технологический классификатор.

 Система классификации объектов технико-экономической информации — это совокупность правил, определяющих распределение объектов по Система классификации объектов технико-экономической информации — это совокупность правил, определяющих распределение объектов по классам (классификационным группам) на основании общих признаков, присущих объектам данного рода и отличающих их от других.

 В основу классификации закладывается логическая последовательность признаков,  при этом процесс кодирования предмета В основу классификации закладывается логическая последовательность признаков, при этом процесс кодирования предмета существенно упрощается, поскольку осуществляется в однозначном соответствии с принятой системой классификации.

 Кодирование технико-экономической информации на основе системы классификации позволяет непосредственно по коду объекта судить Кодирование технико-экономической информации на основе системы классификации позволяет непосредственно по коду объекта судить о его характеристиках (конструктивных, В Российской Федерации действует Общесоюзный классификатор промышленной и сельскохозяйственной продукции (ОКП).

 ОКП — это в некотором роде словарь,  предназначенный для кодирования изделий цифровыми ОКП — это в некотором роде словарь, предназначенный для кодирования изделий цифровыми кодами для последующей компьютерной обработки. В основу ОКП заложена Единая десятичная система классификации промышленной и сельскохозяйственной продукции (ЕДСКП).

 В классификации установлен принцип последовательной конкретизации классификационных группировок. Вся выпускаемая в стране продукция В классификации установлен принцип последовательной конкретизации классификационных группировок. Вся выпускаемая в стране продукция подразделяется на 100 классов в соответствии с отраслями производства и конкретизируется по свойствам и назначению продукции.

  Затем каждый класс делится на 10 подклассов, каждый подкласс — на 10 Затем каждый класс делится на 10 подклассов, каждый подкласс — на 10 групп, каждая группа — на 10 подгрупп и каждая подгруппа — на 10 видов. Каждый вид может включать до 9999 конкретных наименований продукции.

 Единая система конструкторской документации. .  Для электротехники,  радиоэлектроники и средств связи Единая система конструкторской документации. . Для электротехники, радиоэлектроники и средств связи из общетехнических норм наиболее важное значение имеет система конструкторской документации, устанавливающая единые правила и требования к разработке, выполнению, оформлению, обозначению, учету , ……

 Эта система регламентирована в комплексе государственных стандартов под общим наименованием Единая система конструкторской Эта система регламентирована в комплексе государственных стандартов под общим наименованием Единая система конструкторской документации (ЕСКД). В ЕСКД установлены единые правила выполнения конструкторских документов на однотипные изделия и систему их обозначений

 Весь комплекс утвержденных стандартов Единой системы конструкторской документации включает свыше 200 стандартов. Весь комплекс утвержденных стандартов Единой системы конструкторской документации включает свыше 200 стандартов.

 В технологической подготовке производства есть круг общих вопросов,  не зависящих от отраслевой В технологической подготовке производства есть круг общих вопросов, не зависящих от отраслевой принадлежности предприятий, например методы технологической классификации и кодирования деталей, сборочных единиц, технологических процессов, оборудования, оснастки, инструмента, формы конструкторской и технологической документации и пр. Ответы на все эти вопросы и дает ЕСТПП

 Как единая структура стандартов ЕСТПП выдвигает ряд требований к другим общетехническим и отраслевым Как единая структура стандартов ЕСТПП выдвигает ряд требований к другим общетехническим и отраслевым системам, таким, как классификация и кодирование элементов ТПП; построение системы информации; правил оформления технологической и организационно-технической документации.

 Все это регламентируется стандартами Единой системы технологической документации. . Все это регламентируется стандартами Единой системы технологической документации. .

 Единая система технологической документации (ЕСТД) представляет собой взаимосвязанный комплекс государственных стандартов,  устанавливающих: Единая система технологической документации (ЕСТД) представляет собой взаимосвязанный комплекс государственных стандартов, устанавливающих: • • формы документации общего назначения (карта эскизов, маршрутная карта технологического процесса, сводная подетально-технологическая спецификация, схем и наладок и т. д. );

 •  •  правила оформления технологических процессов и формы документации, в частности, • • правила оформления технологических процессов и формы документации, в частности, применительно к процессам, специфичным для отраслей радиотехники, электроники и пр.

 Существует тесная связь между структурами ЕСТД и ЕСКД.  Обе системы играют большую Существует тесная связь между структурами ЕСТД и ЕСКД. Обе системы играют большую роль в улучшении управления производством, повышении его эффективности, во внедрении автоматизированных систем управления и т. д.

10. 6. Организация работ по стандартизации.  Государственный надзор за соблюдением стандартов Организация работ10. 6. Организация работ по стандартизации. Государственный надзор за соблюдением стандартов Организация работ по стандартизации. Государственное управление деятельностью по стандартизации (в том числе и в области метрологии и метрологического обеспечения) на всех уровнях управления хозяйством в Российской Федерации и РБ осуществляет Госстандарт России и РБ, соответственно

Основными задачами Госстандартов РБ и РФ являются:  •  •  определение основныхОсновными задачами Госстандартов РБ и РФ являются: • • определение основных направлений развития и разработка научно-методических и технико-экономических основ стандартизации, сертификации и метрологии; • • государственный надзор за соблюдением стандартов и технических условий, состоянием и применением измерительной техники в отраслях хозяйства;

 •  •  стандартизация основных показателей качества продукции в соответствующей области, общих • • стандартизация основных показателей качества продукции в соответствующей области, общих требований к ее разработке, производству, приемке и методам испытаний и измерений, организация работы по аттестации и сертификации качества промышленной продукции в стране;

 •  •  обеспечение единства и достоверности измерений в стране, укрепление и • • обеспечение единства и достоверности измерений в стране, укрепление и развитие государственной метрологической службы и эталонной базы, создание новых и совершенствование существующих методов и средств измерений высшей точности;

 •  •  стандартизация методов и средств измерений, контроля и испытаний, а • • стандартизация методов и средств измерений, контроля и испытаний, а также значений физических констант, аттестация стандартных образцов веществ, материалов и изделий; • • организация и проведение государственных испытаний средств измерений.

 В соответствии с этими задачами Госстандарты выполняет следующие функции:  •  • В соответствии с этими задачами Госстандарты выполняет следующие функции: • • представляет в установленном порядке РФ РБ в международных организациях по вопросам стандартизации и метрологии;

 •  •  разрабатывает проекты перспективных и годовых планов государственной стандартизации (и • • разрабатывает проекты перспективных и годовых планов государственной стандартизации (и представляет их на утверждение Правительствам Российской Федерации и Республики Беларусь или утверждает), рассматривает и согласовывает проекты планов отраслевой и территориальной стандартизации;

 •  •  осуществляет методическое руководство и координирует деятельность министерств и ведомств • • осуществляет методическое руководство и координирует деятельность министерств и ведомств в области стандартизации и сертификации; • • утверждает государственные стандарты, разрабатывает и утверждает важнейшие стандарты и другие нормативно-технические документы по стандартизации межотраслевого значения;

 •  •  устанавливает единицы физических величин, допускаемые к применению в стране; • • устанавливает единицы физических величин, допускаемые к применению в стране; разрабатывает, утверждает и хранит государственные эталоны физических величин.

 Руководство работами по стандартизации, сертификации и их координацию Госстандарты РБ и РФ осуществляют Руководство работами по стандартизации, сертификации и их координацию Госстандарты РБ и РФ осуществляют непосредственно или через свои научно-исследовательские институты, территориальные органы, а также через отраслевые головныее и базовые организации по стандартизации.

 Система стандартизации построена по территориально-отраслевому принципу и включает в себя:  - государственные Система стандартизации построена по территориально-отраслевому принципу и включает в себя: — государственные органы стандартизации и их службы; -органы и службы стандартизации в отраслях народного хозяйства;

 Основные положения,  регламентирующие номенклатуру и структуру органов и служб стандартизации в стране, Основные положения, регламентирующие номенклатуру и структуру органов и служб стандартизации в стране, их компетенцию устанавливает ГОСТ «Государственная система стандартизации. Органы и службы стандартизации »

 Территориальные органы и службы стандартизации охватывают всю территорию страны и реализуют функции и Территориальные органы и службы стандартизации охватывают всю территорию страны и реализуют функции и права Госстандарта России и РБ на закрепленной за ними территории. Структура территориальных органов включает в себя: — областные (территориальные) управления Госстандарта; . .

 - центры метрологии и стандартизации Госстандарта (ЦМС);  - областные лаборатории государственного надзора — центры метрологии и стандартизации Госстандарта (ЦМС); — областные лаборатории государственного надзора за соблюдением стандартов и измерительной техникой Госстандарта

 Центры метрологии и стандартизации несут ответственность за научно-методическое обеспечение развития стандартизации и метрологии, Центры метрологии и стандартизации несут ответственность за научно-методическое обеспечение развития стандартизации и метрологии, проводят научные исследования и осуществляют функции и права лабораторий государственного надзора Госстандарта на закрепленных территориях.

 Областные лаборатории государственного надзора за стандартами и измерительной техникой отвечают за состояние и Областные лаборатории государственного надзора за стандартами и измерительной техникой отвечают за состояние и развитие стандартизации и метрологического обеспечения на предприятиях и в организациях, расположенных на территории области.

10. 7. Международное сотрудничество в сфере стандартизации Сложившееся современное международное разделение труда и связанная10. 7. Международное сотрудничество в сфере стандартизации Сложившееся современное международное разделение труда и связанная с этим торговля, научно-техническое сотрудничество потребовали достижения международных соглашений и разработки международных нормативных документов, требования которых имели бы однозначное значение и для изготовителя, и для потребителя.

 Эти документы должны содержать технические требования, методы и условия испытаний, точные определения величин, Эти документы должны содержать технические требования, методы и условия испытаний, точные определения величин, которые следует измерять, сведения о приборах, с помощью которых производятся измерения, данные о точности этих приборов и методах их поверки.

 Международное сотрудничество в сфере стандартизации проходит по линии международных и региональных организаций по Международное сотрудничество в сфере стандартизации проходит по линии международных и региональных организаций по стандартизации, а также многосторонних и двусторонних связей на основании указов Президента, постановлений правительства по вопросам стандартизации.

 В развитии международной стандартизации заинтересованы как страны с развитой экономикой, так и развивающиеся В развитии международной стандартизации заинтересованы как страны с развитой экономикой, так и развивающиеся страны, которые только начинают создавать свою национальную экономику.

  В области международной стандартизации участвует несколько организаций, среди которых наиболее известны: В области международной стандартизации участвует несколько организаций, среди которых наиболее известны: Международная организация по стандартизации ( ИСОИСО , англ. — ISIS 00 ), ), Международная электротехническая комиссия ( МЭКМЭК ), ), Европейская организация по контролю качества ( ЕОКК ), ), Международная организация законодательной метрологии ( МОЭМ ), ), Международное бюро мер и весов (( МБМВ ) и ряд других.

 Международные стандарты и рекомендации этих организаций,  формально не являясь обязательными нормативными документами, Международные стандарты и рекомендации этих организаций, формально не являясь обязательными нормативными документами, фактически соблюдаются всеми заинтересованными сторонами в той мере. в какой это им необходимо.

 Наиболее представительной и известной из международных организаций,  занимающихся стандартизацией, является Международная организация Наиболее представительной и известной из международных организаций, занимающихся стандартизацией, является Международная организация по стандартизации ( ISOISO )) , в которую входят около 170 стран. Эта организация разрабатывает международные стандарты всех возможных видов: организационно-методические, технические требования, методы испытаний и т. д.

 Стандарты Международной организации по стандартизации ( стандарты 180 ) ) обычно разрабатываются следующим Стандарты Международной организации по стандартизации ( стандарты 180 ) ) обычно разрабатываются следующим образом. Специалистами 180180 выбирается за основу наиболее прогрессивный, современный и действующий национальный стандарт одной из стран и в качестве первой редакции стандарта 180180 переводится на английский, французский, немецкий и русский языки и рассылается для ознакомления и сбора отзывов всем членам технического комитета по данному направлению

 После этого на основании отзывов разрабатывается вторая редакция и процесс повторяется. Затем на После этого на основании отзывов разрабатывается вторая редакция и процесс повторяется. Затем на заседании технического комитета обсуждаются разногласия и вырабатывается единая редакция документа, которая утверждается на основе консенсуса.

 Обозначения стандартов 180 аналогичны ГОСТ, только год утверждения отделяется двоеточием, а не тире Обозначения стандартов 180 аналогичны ГОСТ, только год утверждения отделяется двоеточием, а не тире и пишется полностью. Стандарты 180 носят рекомендательный характер , , хотя часто применяются в международных контрактах в качестве обязательных.

 Из международных организаций по стандартизации, построенных по отраслевому принципу, наибольшую известность и влияние Из международных организаций по стандартизации, построенных по отраслевому принципу, наибольшую известность и влияние имеет МЭКМЭК , , которая курирует все вопросы, связанные с электрической и электронной техникой. Организационная структура и принципы деятельности ее аналогичны 180180 , часто они работают совместно и выпускают единые документы.

 Обозначения стандартов МЭК аналогичны ГОСТ, в случае выпуска совместного стандарта с 180 он Обозначения стандартов МЭК аналогичны ГОСТ, в случае выпуска совместного стандарта с 180 он имеет обозначение II SS О/IЕС. .

 Во многих странах мира требования регламентируются не для производимой, а для потребляемой продукции Во многих странах мира требования регламентируются не для производимой, а для потребляемой продукции на территории данной страны в радиоэлектронике

10. 8. Основные вопросы стандартизации Анализ современного состояния мировой экономики позволяет сделать вывод, что10. 8. Основные вопросы стандартизации Анализ современного состояния мировой экономики позволяет сделать вывод, что мероприятия по стандартизации в радиоэлектронной промышленности РБ и Российской Федерации в ближайшие годы должны проводиться по ряду следующих направлений.

    В области электронной техники и микроэлектроники разработка и введение в В области электронной техники и микроэлектроники разработка и введение в действие комплекса стандартов, регламентирующих общие технические требования, ряды параметров, методы измерения, габаритные и присоединительные размеры радиодеталей, радиокомпонентов и изделий микроэлектроники

 •  •  внедрение технико-экономических и качественных показателей для массовых изделий электронной • • внедрение технико-экономических и качественных показателей для массовых изделий электронной техники и микроэлектроники на уровне лучших мировых образцов; • • стандартизация комплекса технических требований к материалам, предназначенным для изготовления изделий электронной техники и микроэлектроники; • • стандартизация и унификация аппаратуры электронно-ионной, лазерной, плазменной и других видов современных технологий для различных производственных процессов.

В области телекоммуникационных систем (средств связи):  •  •  разработка и введениеВ области телекоммуникационных систем (средств связи): • • разработка и введение в действие единых стандартов на системы подвижной (мобильной) связи, радио и телевизионного вещания (в том числе спутникового) аппаратуру вторичного уплотнения, телеграфные и фототелеграфные каналы, норм на тракты международной и междугородной сетей связи для повышения качества передачи всех видов информации;

 •  •  установление единых общих технических требований, методов испытаний,  унификация • • установление единых общих технических требований, методов испытаний, унификация узлов, деталей и блоков комплекса радиотелефонного, телефонного и телеграфного оборудования; • • установление общих требований на аппаратуру и оборудование узлов связи проводной радиофикации городской и сельской сети для повышения качества радиовещания.

 •  •  внедрение наиболее рациональных параметрических и размерных рядов,  типов, • • внедрение наиболее рациональных параметрических и размерных рядов, типов, видов, марок аппаратуры, предназначенной для сетей радиотелефонной связи различных отраслей народного хозяйства (промышленности, сельского хозяйства, железнодорожного транспорта, газовых и электрических магистралей, строек);

В области радиовещания и телевидения:  •  •  разработка и внедрение научноВ области радиовещания и телевидения: • • разработка и внедрение научно обоснованных технических требований и единых технических показателей, обеспечивающих высококачественное изображение и надежность систем цветного телевидения, путем использования телевидения высокой четкости (ТВЧ) и цифровых систем обработки;

  а установление современных технических требований, методов испытаний, способов хранения и транспортировки, а а установление современных технических требований, методов испытаний, способов хранения и транспортировки, а также требований техники безопасности, повышение качества и надежности радиовещательных и телевизионных приемников, магнитофонов и т. д.

В области систем управления и вычислительной техники : :  •  • В области систем управления и вычислительной техники : : • • разработка комплекса стандартов, регламентирующих требования, правила и нормы, предъявляемые к проектированию, испытанию, изготовлению и эксплуатации узлов, блоков и приборов, используемых в автоматизированных системах управления и средствах вычислительной техники;

 •  •  создание автоматизированных систем управления и средств вычислительной техники на • • создание автоматизированных систем управления и средств вычислительной техники на базе современных стандартных и унифицированных микросхем и микропроцессоров; • • автоматизация проектных и конструкторских работ по созданию вычислительных машин нового поколения.

 •  •  внедрение наиболее рациональных параметрических и размерных рядов,  технических • • внедрение наиболее рациональных параметрических и размерных рядов, технических требований и методов испытаний средств вычислительной техники, обеспечивающих повышение быстродействия, информационной емкости, безопасности и надежности компьютеров нового поколения, совместимость систем команд и математического обеспечения вычислительных машин, укомплектование их современными стандартизованными устройствами ввода обработки, хранения и вывода информации;

В области электрорадиоизмерений : :  •  •  стандартизация параметров и методовВ области электрорадиоизмерений : : • • стандартизация параметров и методов измерений; • • унификация цифровых приборов для измерения основных параметров радиоэлектронной аппаратуры в процессе ее регулирования, испытаний и контроля;

 •  •  стандартизация и унификация общих требований, методов расчета и испытаний • • стандартизация и унификация общих требований, методов расчета и испытаний на надежность, а также установление критериев оценки качества радиоэлектронной аппаратуры при ее разработке, изготовлении, эксплуатации и хранении;

  разработка и внедрение виртуальных измерительных приборов на основе компьютерной техники разработка и внедрение виртуальных измерительных приборов на основе компьютерной техники

10. 9. Основы сертификации Современный этап в истории РБ и Российской Федерации характеризуется переходом10. 9. Основы сертификации Современный этап в истории РБ и Российской Федерации характеризуется переходом на рыночные отношения, внедрением экономических методов управления, повышением самостоятельности предприятий, активизацией участия в международном разделении труда и освоении рынков сбыта продукции.

 В этих условиях повышение качества продукции становится одной из важнейших экономических, политических, В этих условиях повышение качества продукции становится одной из важнейших экономических, политических, идеологических и нравственных задач нашей страны.

 Установленные и общепринятые требования и стандарты на продукцию вынуждают изготовителя добиваться достижения необходимых Установленные и общепринятые требования и стандарты на продукцию вынуждают изготовителя добиваться достижения необходимых потребительских свойств и качества изделий, чтобы обеспечить их конкурентоспособность на мировом рынке.

 При этом как производитель, таки потребитель особо заинтересованы в официальном подтверждении высокого уровня При этом как производитель, таки потребитель особо заинтересованы в официальном подтверждении высокого уровня качества продукции. Все это может быть связано только с успешной сертификацией продукции. .

 Как таковая, сертификация появилась очень давно.  Ремесленники в древних городах каким-либо способом Как таковая, сертификация появилась очень давно. Ремесленники в древних городах каким-либо способом помечали свои изделия, чтобы удостоверить свое авторство. Таким подтверждением являлось, например, клеймо мастера на изделии.

 Подобные действия по подтверждению качества изделия (любой другой продукции или услуг) и получила Подобные действия по подтверждению качества изделия (любой другой продукции или услуг) и получила название сертификация (от франц. —- certificat — документ, удостоверяющий качество изделия).

 Согласно рекомендации ПСО (здесь представлено упрощенное определение)  « « сертификация представляет собой Согласно рекомендации ПСО (здесь представлено упрощенное определение) « « сертификация представляет собой действие, удостоверяющее посредством сертификата или Знака соответствия, что изделие отвечает требованиям определенных стандартов или другого нормативно-технического документа » .

 В нашей стране практически на все виды продукции и услуг распространяются действия Законов В нашей стране практически на все виды продукции и услуг распространяются действия Законов РБ и РФ « О О сертификации продукции и услуг» — РОСС RURU. ООО 1. О 4 СЕ —ОО—ОО , предусматривающего как обязательную, так и добровольную (факультативную) сертификацию

 Обязательная сертификация проводится в рамках Системы сертификации продукции ГОСТ Р и и направлена Обязательная сертификация проводится в рамках Системы сертификации продукции ГОСТ Р и и направлена на обеспечение безопасности применения продукции путем ее сертификации на на соответствие требованиям безопасности, регламентированным в соответствующих государственных стандартах

 Системы сертификации,  имеющие статус добровольных,  основываются на их авторитете. Не являясь Системы сертификации, имеющие статус добровольных, основываются на их авторитете. Не являясь обязательными, они оказывают тем не менее заметное влияние на качество продукции, вызывают доверие потребителя к изготовителю (или поставщику), повышают конкурентоспособность продукции

 Методологической основой построения подавляющего большинства Систем сертификации являются нормативные документы НСО,  МЭК, Методологической основой построения подавляющего большинства Систем сертификации являются нормативные документы НСО, МЭК, Системы сертификатов МОЭМ и Системы сертификации ГОСТ Р.

 Основными функциями центрального органов Системы сертификации Российской Федерации и РБ являются:  • Основными функциями центрального органов Системы сертификации Российской Федерации и РБ являются: • • организация, координация и методическое руководство работами по сертификации; • • установление основных принципов и правил сертификации;

 •  •  аккредитация органов по сертификации для испытательных лабораторий (центров); • • аккредитация органов по сертификации для испытательных лабораторий (центров); • • выполнение функции органа по сертификации какой-либо продукции при его отсутствии;

 •  •  организация инспекционного контроля за деятельностью аккредитованных органов по сертификации • • организация инспекционного контроля за деятельностью аккредитованных органов по сертификации и испытательных лабораторий (центров); • • взаимодействие с международными и зарубежными организациями по вопросам сертификации;

 •  •  признание документов об аккредитации органов по сертификации испытательных лабораторий • • признание документов об аккредитации органов по сертификации испытательных лабораторий (центров) других стран, зарубежных сертификатов и знаков соответствия.

 Следует иметь в виду, что все системы сертификации базируются на испытаниях и измерительном Следует иметь в виду, что все системы сертификации базируются на испытаниях и измерительном контроле. Поэтому основным структурным элементом всех систем сертификации являются испытательные лаборатории.

 Сертификационные органы по своей структуре и статусу в разных странах различны.  Прежде Сертификационные органы по своей структуре и статусу в разных странах различны. Прежде всего это зависит от специфики их взаимоотношений с национальными органами по стандартизации и метрологии, с государственными учреждениями и промышленностью.

 В Российской Федерации и РБ руководство работами по сертификации возложено на Госстандарты РБ В Российской Федерации и РБ руководство работами по сертификации возложено на Госстандарты РБ и РФ

  Любой орган системы сертификации должен выполнять следующие функции:  •  • Любой орган системы сертификации должен выполнять следующие функции: • • разработку порядка проведения сертификации; • • аттестацию и аккредитацию испытательных лабораторий;

 •  •  допуск предприятий к сертификации; выдача сертификатов соответствия или лицензий • • допуск предприятий к сертификации; выдача сертификатов соответствия или лицензий на право маркировки продукции Знаком соответствия; • • рассмотрение споров о качестве сертификационной продукции.

 Аккредитацию органов по сертификации осуществляет центральный орган Системы. .  Нормативными документами в Аккредитацию органов по сертификации осуществляет центральный орган Системы. . Нормативными документами в области стандартизации и сертификации установлены три варианта документов свидетельствования о соответствии продукции: заявление о соответствии, аттестация соответствия, сертификация соответствия.

 Заявление о соответствии  - документ в виде заявления поставщика о его полной Заявление о соответствии — документ в виде заявления поставщика о его полной ответственности (вне рамок сертификационной системы), что продукция, услуга соответствуют определенному стандарту или другому нормативно-техническому документу, устанавливающему требования к продукции

   Аттестация соответствия  документ испытательной лаборатории третьей, независимой стороны,  подтверждающий Аттестация соответствия документ испытательной лаборатории третьей, независимой стороны, подтверждающий (также вне рамок сертификационной системы), что исследованный конкретный образец находится в соответствии с определенными стандартами или другими нормативно-техническими документами, устанавливающими требования к продукции

Сертификация соответствия  гарантийный документ третьей стороны о том, что с заданной достоверностью продукция,Сертификация соответствия гарантийный документ третьей стороны о том, что с заданной достоверностью продукция, услуга соответствуют установленным стандартам или другим требованиям, предъявляемым к продукции. При сертификации соответствия необходимы объективные испытания продукции, не подверженные влиянию ни производителя, ни потребителя. .

 Сертификат соответствия выдается заявителю центральным органом Системы или органом по сертификации на основе Сертификат соответствия выдается заявителю центральным органом Системы или органом по сертификации на основе лицензионного соглашения с центральным органом Системы. Срок действия сертификата соответствия устанавливается выдавшим его органом.

 Система обеспечения качества производства и разработки радиоизмерительных приборов на Минском приборостроительном заводе сертифицирована Система обеспечения качества производства и разработки радиоизмерительных приборов на Минском приборостроительном заводе сертифицирована по ИСО 9001, ИСО 9002 в 1997 году голландской фирмой Кема и ежегодно подтверждается проведением аудита. .

 Кроме того, система обеспечения производства и разработки радиоизмерительных приборов на МПЗМПЗ аттестована Национальной Кроме того, система обеспечения производства и разработки радиоизмерительных приборов на МПЗМПЗ аттестована Национальной системой сертификации Республики Беларусь М ВУ/1 12 05. 0. 0. 0003, ВУ/1 12 05. 0. 0. 0015.

 Выпускаемые радиоизмерительные приборы на МПЗ внесены в госреестры средств измерений Республики Беларусь (РБ) Выпускаемые радиоизмерительные приборы на МПЗ внесены в госреестры средств измерений Республики Беларусь (РБ) и Российской Федерации (РФ). На все приборы имеются сертификаты типа РБ и РФ.

 Применяемая в настоящее время нормативная база включает несколько вариантов систем сертификации, которые отличаются Применяемая в настоящее время нормативная база включает несколько вариантов систем сертификации, которые отличаются объемом и содержанием сертификационных работ

 Во всех вариантах предусмотрено выполнение определенных аттестационных и контрольных функций, при положительных результатах Во всех вариантах предусмотрено выполнение определенных аттестационных и контрольных функций, при положительных результатах которых сертифицируемой продукции может быть выдан соответствующий сертификат качества.

 В частности, один из вариантов Системы сертификации предусматривает аттестацию предприятия — изготовителя продукции, В частности, один из вариантов Системы сертификации предусматривает аттестацию предприятия — изготовителя продукции, проведение типовых испытаний образцов продукции в специализированных испытательных центрах или лабораториях, а в последующем испытания образцов, взятых как с производства, так и из торговли.

   Сертификация средств измерений. В последние годы в России (как и во Сертификация средств измерений. В последние годы в России (как и во многих развитых странах) к средствам измерений, применяемым в сферах государственного метрологического контроля и надзора (ГМК и Н), стали предъявляться специфические законодательные требования.

 Поэтому испытания средств измерений, проводимые для утверждения типа, а также их поверка являются Поэтому испытания средств измерений, проводимые для утверждения типа, а также их поверка являются традиционными видами деятельности государственных метрологических служб.

 В РБ и Российской Федерации Система испытаний и утверждения типа средств измерений действует В РБ и Российской Федерации Система испытаний и утверждения типа средств измерений действует в соответствии с Законом «Об обеспечении единства измерений» и направлена на обеспечение выполнения метрологических норм и правил им предусмотренных. Кроме того, на средства измерений распространяются действия Законов РБ и РФ «О сертификации продукции и услуг» .

   Сертификация средств измерений  в РБ и Российской Федерации осуществляется согласно Сертификация средств измерений в РБ и Российской Федерации осуществляется согласно Системе сертификации средств измерений, которая предусматривает: • • добровольную сертификацию средств измерений на соответствие метрологическим нормам и правилам;

 •  •  разработку и ведение нормативных документов,  устанавливающих метрологические нормы • • разработку и ведение нормативных документов, устанавливающих метрологические нормы и правила на средства измерений: • • разработку и ведение типовых программ испытаний для целей сертификации средств измерений

 •  •  апробирование и утверждение в процессе сертификации методик калибровки средств • • апробирование и утверждение в процессе сертификации методик калибровки средств измерений, а также подготовку предложений по межкалибровочным интервалам; • • сотрудничество с национальными метрологическими службами стран по взаимному признанию аккредитации органов, лабораторий (центров), сертификатов соответствия, знаков соответствия, а также результатов сертификации средств измерений.

 •  •  аттестацию методик выполнения измерений с помощью сертифицированных средств измерений; • • аттестацию методик выполнения измерений с помощью сертифицированных средств измерений; • • создание разветвленной сети аккредитованных по видам измерений органов по сертификации средств измерений и испытательных лабораторий (центров) конкретных групп средств измерений

 Поскольку ряд групп средств измерений, применяемых в сферах ГМКи. Н, включены в Перечень Поскольку ряд групп средств измерений, применяемых в сферах ГМКи. Н, включены в Перечень продукции, подлежащей обязательной сертификации, актуальной становится проблема взаимоувязки работ по метрологии и сертификации

 Сейчас в рамках Системы испытаний и утверждения типа стала обязательной проверка в предусмотренных Сейчас в рамках Системы испытаний и утверждения типа стала обязательной проверка в предусмотренных Законами РБ и РФ «Об обеспечении единства измерений» специализированных Государственных центрах испытаний всех характеристик и технических требований на испытываемые средства измерений.

 В соответствии с « Порядком проведения работ по сертификации продукции в Системе сертификации В соответствии с « Порядком проведения работ по сертификации продукции в Системе сертификации электрооборудования на соответствие стандартам безопасности » сертификацию средств измерений проводят аккредитованные Госстандартами России и РБ органы по сертификации средств измерений с испытаниями в аккредитованных испытательных лабораториях средств измерений.

 Сертификацию средств измерений только на соответствие метрологическим нормам и правилам выполняют в рамках Сертификацию средств измерений только на соответствие метрологическим нормам и правилам выполняют в рамках добровольной Системы сертификации средств измерений, зарегистрированной Госстандартом России в соответствии с Законом РФ и РБ « О О сертификации продукции и услуг» .

 Испытания с целью сертификации средств измерений,  изготовленных у разработчика и подлежащих применению Испытания с целью сертификации средств измерений, изготовленных у разработчика и подлежащих применению в сферах ГМКи. Н, совмещают с испытаниями на соответствие средств измерений утвержденному типу.

 Сертификацию средств измерений осуществляют аккредитованные органы по сертификации средств измерений по результатам испытаний, Сертификацию средств измерений осуществляют аккредитованные органы по сертификации средств измерений по результатам испытаний, проведенных аккредитованными испытательными лабораториями (центрами) как самостоятельными, так и входящими в состав органов по сертификации.

 Орган по сертификации выдает сертификат соответствия на средства измерений, подлежащие применению в сфере Орган по сертификации выдает сертификат соответствия на средства измерений, подлежащие применению в сфере ГМКи. Н, только при положительных результатах испытаний на соответствие утвержденному типу