книги / Электрорадиоизмерения

6Ф2.08

Т35

УДК 621. 317.3

радиотехнических устройств использовались уже извест­ ные электроизмерительные приборы: амперметр, гальвано­ метр, вольтметр. Но возникла необходимость и в совершенно новых измерениях, не применявшихся ранее в электротех­ нике.

Русские ученые внесли большой вклад в теорию и прак­ тику электрорадиоизмерений. Академик Б. Я. Якоби (1801—1874 гг.) первым применил отградуированные и снаб­ женные шкалами электроизмерительные приборы, создал эталон единицы сопротивления, копии с которого использо­ вали многие европейские физики. Ценный вклад в технику электрических измерений внесли выдающиеся русские уче­ ные Э. X. Ленц, А. Г. Столетов, П. Н. Лебедев, М. О. До- ливо-Добровольский.

Изобретатель радио А. С. Попов сам конструировал измерительные приборы, необходимые в его опытах по радиосвязи. Первая в России лаборатория, занимавшаяся разработкой и изготовлениемрадиоизмерительных приборов, была организована академиком М. В. Шулейкиным. Из­ вестные ученые Л. И. Мандельштам и Д. А. Рожанский явились основоположниками в области теории и схем вре­ менных разверток электронного луча. Их работы послу­ жили базой для создания современных осциллографов.

Первый в мире учебник по радиоизмерениям был издан в 1914 г. в России и назывался «Радиотелеграфные измере­ ния». Его автором был профессор Электротехнического института Н. А. Скрицкий.

Создание в 1918 г. по декрету В. И. Ленина Нижегород­ ской лаборатории способствовало развитию радиотехники, а вместе с ней и электрорадноизмерений.

Работы советских ученых в области электро- и радиоизмерительной техники известны не только в нашей стране, но и за рубежом.

Велики заслуги в области радиоэлектроники и радио­ измерений руководителя Нижегородской лаборатории М. А. Бонч-Бруевича, В. В. Татаринова, Н. Д. Папалекси, А. Н. Щукина, Б. А. Введенского, А. Л. Минца и др.

Значительно продвинули вперед методику техники радио­ измерений работы и более позднего поколения советских специалистов: Г. А. Кьяндского, В. В. Ширкова, В. Г. Дубенецкого, Е. Г Момота, К. Б. Карандеева и др.

В настоящее время наука и техника предъявляют огром­ ные требования к надежности, точности и быстродействию измерительных устройств. Высокий уровень современной радиоэлектроники вызывает стремительное развитие электрорадиоизмерений.

Все шире используются в измерительной технике полу­ проводниковые элементы, измерительные процессы автома­ тизируются, выпускаются и разрабатываются различные цифровые измерительные приборы. Благодаря высокой точ­ ности, быстродействию, удобству представления результа­ тов измерений развитие приборов с цифровым отсчетом является очень перспективным направлением измеритель­ ной техники.

Прогресс науки и техники невозможен без усовершен­ ствования приборов и методов электрорадиоизмерений, применяющихся в самых различных областях.

ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИИ И ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ЭЛЕКТРОРАДИОИЗМЕРЕНИЙ

1-1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИЗМЕРЕНИЯХ

Общие понятия. Измерение — это процесс сравнения путем физического эксперимента данной величины с вели­ чиной того же рода, условно принятой за единицу измерения.

Результат измерения N определяется отношением

где А — измеряемая величина; а — единица измерения.

Основное уравнение измерения имеет вид:

A = N a .

Это уравнение применяется при записи результатов из­ мерения, например U = 25 В. Здесь U — измеряемая вели­ чина, 25 — ее численное значение, т. е. результат измере­ ния, В (вольт) — наименование единицы измерения.

Поскольку в процессе измерения происходит сравнение, то необходимы технические средства измерения, являющиеся носителями единиц измерения, — меры и измерительные приборы.

Мера — средство измерения в виде тела или устройства, служащее для воспроизведения одного или нескольких известных значений данной физической величины. Напри­ мер, гири, линейки, нормальный элемент, измерительный конденсатор, генератор синфазных сигналов и т. д.

Измерительный прибор — средство измерения, в кото­ ром измеряемая величина преобразуется в показание или сигнал, пропорциональный измеряемой физической вели­ чине. В отличие от меры измерительный прибор не воспроиз­ водит известное значение физической величины.

Все меры и измерительные приборы подразделяются на:

1)эталоны;

2)образцовые меры и измерительные приборы различ­ ных разрядов точности;

3)рабочие меры и измерительные приборы.

Эталон — это средство измерения, обеспечивающее вос­ произведение и хранение единицы физической величины с целью передачи размера единицы образцовым, а от них рабочим средствам измерений.

Первичный эталон воспроизводит единицу физической величины с наивысшей в стране точностью. Первичный эта­ лон, официально утвержденный в качестве исходного для страны, называется Государственным эталоном.

Вторичный эталон предназначен для организации пове­ рочных работ и тем самым обеспечивает сохранность и наи­ меньший износ Государственного эталона. Размер физиче­ ской величины передается от вторичного эталона рабочему эталонуу а от рабочего эталона — образцовым средствам измерения. Образцовые средства измерения предназначены только для поверки рабочих средств измерения.

Рабочие меры и измерительные приборы применяются для практических измерений в лабораториях и на произ­ водстве.

К измерительным приспособлениям относятся многочис­ ленные устройства, предназначенные для расширения пре­ делов измерений, преобразования измеряемой величины и т. п. Например, делители напряжения, шунты, измери­ тельные трансформаторы, аттенюаторы, термисторные го­ ловки и т. д.

Измерения взависимости от способа получения результата делятся на прямые и косвенные.

При прямых измерениях прибором непосредственно опре­ деляется искомая величина. Например, ток — ампермет­ ром, измерение сопротивления омметром, мощности — ватт­ метром.

При косвенных измерениях интересующая нас величина определяется расчетным путем по результатам измерений других величин, связанных с искомой определенной функ­ циональной зависимостью. Например, измерив ток и напря­ жение, можно определить сопротивление, пользуясь зако­ ном Ома: Rx = U/I.

Единицы измерений. Основными единицами Междуна­ родной системы единиц СИ являются: метр (м) — единица длины; килограмм (кг) — единица массы; секунда (с) —

единица времени; ампер (А) — единица электрического тока; кельвин (К) — единица термодинамической температуры; кандела (кд) — единица силы света; моль — единица коли­ чества вещества. Остальные единицы измерения системы являются производными и определяются через основные (табл. 1-1).

Добавляя к наименованиям основных и производных единиц системы соответствующие приставки, приведенные в табл. 1-2, получают наименования кратных и дольных единиц.

В радиоизмерениях широко применяются логарифмиче­ ские единицы измерения белы (Б) и децибелы (дБ), которые основаны на десятичной системе логарифмов. В этих едини­ цах измеряют перепады мощности или напряжения. Число децибел можно определить следующим образом:

D = 101g £ ; D = 2 0 1 g £

1-2. ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ

Виды погрешностей. При любых измерениях показания измерительных приборов отличаются от действительных значений искомых-величин из-за погрешностей измерений.

Причиныпоявления погрешностей могут быть различ­ ными, например несовершенство измерительного прибора, несовершенство метода измерения, влияние условий окру­ жающей среды, индивидуальные свойства эксперимента­ тора.

Погрешности делятся на абсолютные и относительные. Абсолютная погрешность измерения равна разности между показанием прибора А и действительным значением

Лд измеряемой величины:

Д Л = Л - Л д.

Действительным значением измеряемой величины назы­ вается такое значение этой величины, которое заведомо точнее, чем полученное при измерении.

Абсолютная погрешность не дает наглядного представле­

Абсолютные погрешности равны в обоих примерах, но совершенно очевидно, что в первом случае измерение произ­ ведено весьма точно, а во втором — очень грубо.

Точность измерения более полно характеризуется отно­ сительной погрешностью. Она выражается обычно в про­ центах и бывает в свою очередь двух видов: