Вернуться

Измерительный прибор (ИП) — средство измерений, предназначенное для выработки определенного вида сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. Информация о свойствах и качествах объектов, полученная посредством измерений, называется измерительной информацией.

Измерительная ин­формация является основой для принятия технических и управленческих решений при испытаниях продукции, оценивании ее технического уров­ня, аттестации и сертификации качества.

В радиоэлектронике, и в частности, в телекоммуникационных систе­мах и устройствах сигналом измерительной информации является, как правило, электрический сигнал, функционально связанный с измеряемой физической величиной. Здесь следует отметить, что измерительные при­боры — основной вид средств измерений электрических и радиотехниче­ских величин, изучаемых в данном курсе.

Измерительный преобразователь — средство измерений, предназна­ченное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, преобразования, обработки и хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем Измери­тельные преобразователи могут как входить в состав измерительных приборов, так и применяться самостоятельно.

Первичный преобразователь — измерительный преобразователь, к ко­торому подведена измеряемая величина, т.е. является первым в измери­тельной цепи. Например: термопара в цепи термоэлектрического термо­метра.

Передающий преобразователь — измерительный преобразователь, служащий для дистанционной передачи сигнала измерительной инфор­мации к другим устройствам.

Масштабный преобразователь — измерительный преобразователь, предназначенный для изменения величины в заданное число раз. На­пример: измерительный трансформатор тока, делитель напряжения, из­мерительный усилитель.

Измерительными устройствами называется категория средств изме­рений, охватывающая измерительные приборы и преобразователи.

Измерительная установка — совокупность функционально объ­единенных средств измерений и вспомогательных устройств, предназна­ченная для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для непосредственного восприятия наблюдателем, и располо­женная в одном месте.

Измерительная система — совокупность средств измерений и вспо­могательных устройств, соединенных между собой каналами связи, предназначенная для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для автоматической обработки, передачи и использо­вания в различных системах управления. Отметим, что измерительные системы представляют собой наиболее распространенные разновидно­сти информационно-измерительных систем

Измерительные приборы. Измерительные приборы, используемые в радиоэлектронике, по принципу действия можно в самом об­щем виде разделить на электромеханические и электронные. К радиоиз­мерительным приборам относятся только электронные, в состав кото­рых в качестве отсчетного узла могут еще входить электромеханические устройства. По структурной схеме электронные приборы делят­ся на аналоговые и цифровые.

Аналоговый измерительный прибор — средство измерения, показания которого являются непрерывной функцией изменения измеряемой вели­чины. Аналоговые приборы делятся на четыре основные группы.

В первую — самую большую — входят приборы для измерения пара­метров и характеристик сигналов (например, осциллографы, вольтмет­ры, частотомеры, анализаторы спектра и т.д.).

Вторую группу образуют приборы для измерения параметров и ха­рактеристик активных и пассивных элементов электрических схем. Это — измерители сопротивления, емкости, индуктивности, параметров микросхем, транзисторов, а также приборы для снятия частотных и пе­реходных характеристик.

Третья группа — измерительные генераторы, являющиеся источни­ками сигналов различной амплитуды, формы и частоты.

В четвертую группу входят элементы измерительных схем, такие, как преобразователи, аттенюаторы, циркуляторы, фаз о вращатели, направ­ленные ответвители и т.д.

Цифровым измерительным прибором (ЦИП) называется средство из­мерения, автоматически вырабатывающее дискретные сигналы измери­тельной информации, показания которого представлены в цифровой форме (ГОСТ 16263—70).

ЦИП имеют перед аналоговыми ряд преимуществ:

- удобство и объективность отсчета измеряемых величин;

- высокая точность результатов измерения;

- широкий динамический диапазон при высокой разрешающей спо­собности;

- высокое быстродействие из-за отсутствия подвижных электромеха­нических элементов;

- возможность автоматизации процесса измерения, включая автома­тический выбор полярности и пределов измерения;

- возможность использования новейших достижений мик­роэлектроники при конструировании и изготовлении,

- высокая устойчивость к внешним механическим и климатическим воздействиям.

По конструктивному исполнению все радиоизмеритель­ные приборы делятся на показывающие и регистрирующие, среди кото­рых различают самопишущие и печатающие Показывающий измерительный прибор – допускающий только считывание показаний.

Регистрирующий измерительный прибор - в котором предусмотрена регистрация показаний.

Самопишущий измерительный прибор — регистрирующий прибор, э котором предусмотрена запись показаний в форме диаграммы.

Печатающий измерительный прибор — регистрирующий измеритель­ный прибор, в котором предусмотрено печатание показаний в цифровой форме.

По принципу действия измерительные приборы делятся на ряд классов, перечисленных ниже.

Измерительные приборы прямого действия — в них предусмотрено одно или несколько преобразований сигнала измерительной информа­ции в одном направлении, т.е. без применения цепей обратной связи; например, амперметры, вольтметры.

Измерительные приборы сравнения — они предназначены для непо­средственного сравнения измеряемой величины с известной величиной; например, электроизмерительный потенциометр.

Интегрирующие измерительные приборы — устройства, в которых подводимая величина интегрируется по времени или по другой незави­симой переменной; например, электрический счетчик энергии.

Суммирующие измерительные приборы — приборы, показания кото­рых функционально связаны с суммой двух или нескольких величин, подводимых к ним по различным каналам; например, ваттметр для из­мерения суммы мощностей нескольких электрических генераторов.

Сложные измерительные средства могут состоять из функционально связанных простых измерительных средств. К ним относятся измери­тельные установки и измерительные системы.

Согласно ГОСТ 15094—69 все радиотехнические измерительные при­боры и соответствующие им меры электрических величин по характеру измерений и виду измеряемых величин разделены на подгруппы, обо­значаемые прописными буквами русского алфавита. Все измерительные приборы делятся на 20 подгрупп: А — для измерения силы тока; Б — источники питания для схем измерений и радиоизмерительных прибо­ров; В — для измерения напряжения; Г — генераторы измерительные; Д — для измерений ослабления и аттенюаторы; Е — для измерения парамет­ров элементов с сосредоточенными параметрами; И — для импульсных измерений; К — комплексные измерительные установки; Л — для изме­рения параметров электронных ламп и полупроводниковых приборов; М — для измерения мощности; П — для измерения напряженности поля и радиопомех; Р — для измерения параметров элементов и трактов с распределенными постоянными; С — для наблюдения, измерения и ис­следования формы сигналов и их спектров; У — усилители измеритель­ные; Ф — для измерения фазовых сдвигов и группового времени запаздывания; X — для наблюдения и исследования характеристик электри­ческих цепей и радиоустройств; Ч — для измерения частоты; Ш — для измерения электрических и магнитных свойств материалов; Э — измери­тельные устройства коаксиальных и волноводных трактов; Я — блоки радиоизмерительных приборов.

Входящие в подгруппу измерительные приборы подразделяются на виды в соответствии с основной выполняемой функцией. Видам при­сваивается буквенно-цифровое обозначение, состоящее из буквы под­группы и номера вида. Так, например, вид «Вольтметры переменного тока» обозначается как В3 вид «Вольтметры импульсного тока» — В4 и т д. Полное наименование прибора определяется наименованием вида, к которому прибор относится.

В соответствии с совокупностью технических характеристик и оче­редностью разработок приборы всех видов разделяются на типы, кото­рым соответствует порядковый номер модели. Обозначение прибора состоит из обозначения вида и номера модели, причем перед последним ставится дефис В частности, надпись на измерительном приборе ВЗ-40 говорит о том, что это сороковая модель вольтметров переменного тока. Стоящая после номера модели прописная буква русского алфавита ука­зывает на то, что прибор модернизировался. Порядковый номер буквы в алфавите соответствует числу модернизаций.

Более широкой является классификация средств измерений по кон­кретным признакам. Одним из основных признаков служит диапазон (рабочая область) частот, в котором данное средство измерений работа­ет или сохраняет нормированные метрологические характеристики. Вы­бирая средство измерений для эксплуатации в некотором частотном диапазоне, необходимо учитывать, что до настоящего времени в России имеется разночтение наименований диапазонов частот.

Решением Международного консультативного комитета по радио (МККР) рекомендована определенная система разделения и наименова­ний полос в спектре частот, применяемом для радиосвязи, радиовещания и телевидения. Согласно этой рекомендации различают следующие диа­пазоны:

- крайне низких частот (КНЧ) — 3...30 Гц;

- сверхнизких частот (СНЧ) — 30...300 Гц;

- инфранизких частот (ИНЧ) — 300...3000 Гц;

- крайне высоких частот (КВЧ) - 30..300 ГТц;

- гипервысоких частот (ГВЧ) - 300..3000 ГГц.

В ряде официальных российских документов (ГОСТ, ТУ, норматив­ные документы) на средства измерений и некоторой отечественной лите­ратуре по электрическим и радиотехническим измерениям еще остается традиционное деление на диапазоны частот: инфранизких (ИНЧ) - до 20 Гц; низких (НЧ) - от 20 Гц до 300 кГц: высоких (ВЧ) - от 30 кГц до 300 МГц; сверхвысоких (СВЧ) - свыше 300 МГц.

Измерительные приборы, применяемые в радиотехнике и телекоммуникационных системах, характеризуются следующими основными показателями:

Диапазон измерений - область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые погрешности измерительного при­бора (средства измерения).

Диапазон показаний - размеченная область шкалы, ограниченная ее начальным и конечным значениями, т.е. указанными на ней наименьшим Х\тп и наибольшим Хты возможными значениями измеряемой величины (этот диапазон может быть шире диапазона измерений).

Предел измерений - наибольшее или наименьшее значение диапазона измерений.

Область рабочих частот (диапазон частот) - полоса частот, в пре­делах которой погрешность прибора, полученная при изменении часто­ты сигнала, не превышает допускаемого предела.

Цена деления шкалы (ГОСТ 16263-70) - разность значений измеряе­мой величины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы.

Чувствительность по измеряемому параметру - отношение измене­ния сигнала на выходе измерительного прибора к вызвавшему его изме­нению измеряемой величины.

Различают абсолютную чувствительность

S=∆x/∆y 1,4

и относительную чувствительность

S₀ =∆y/∆x/x 1,5

где ∆y- изменение сигнала на выходе; х - измеряемая величина; ∆x - из­менение измеряемой величины.

Предельная чувствительность (по напряжению, току или мощности) - минимальная величина исследуемого сигнала (напряжения, тока или мощности), подаваемого на вход прибора, которая необходима для по­лучения отсчета с погрешностью, не превосходящей допустимой.

Разрешающая способность (абсолютная) - минимальная разность двух значений измеряемых однородных величин, которая может быть различима с помощью прибора.

Быстродействие (скорость измерения) - максимальное число измерений в единицу времени, выполняемых с нормированной погрешностью.

Время измерения - время, прошедшее с момента изменения измеряемой величины (начала принудительного цикла измерения) до момента получения нового результата на отсчетном устройстве с нормированной погрешностью.

Входное сопротивление (полное) Z_вх — сопротивление измерительного прибора со стороны его входных зажимов. На сравнительно низких час­тотах входная цепь прибора, включаемого параллельно измеряемой це­пи, может быть представлена его эквивалентной схемой, состоящей из соединенных параллельно резистора сопротивлением R_вх и конденсатора емкостью С_вх.

Чтобы не влиять на измеряемую цепь, измерительные приборы долж­ны иметь как можно большее активное входное сопротивление R_вх и возможно меньшую входную емкость С_вх, Поэтому в области низких частот ω=2πƒ, когда емкостное сопротивление очень велико по сравне­нию с активным сопротивлением 1/(ω/C_вх )>>R_вх практически входное сопротивление измерительного прибора Z_вх = R_вх. В области высоких частот входное сопротивление прибора определяется преимущественно емкостью и Z_вх = 1/(jωC_вх). так как в этом случае 1/(ωC_вх) <<R_вх .

Выходное сопротивление — Z_вх сопротивление измерительного при­бора со стороны его выходных зажимов. Это сопротивление определяет допустимую нагрузку прибора при подключении, например, его к шине данных компьютера.

Порог реагирования (чувствительности) — изменение измеряемой вели­чины, вызывающее наименьшее изменение показаний, обнаруживаемое на­блюдателем при нормальном для данного прибора способе отсчета.

Вариация показаний — средняя разность между показаниями прибора, соответствующими данной точке диапазона измерений, при двух на­правлениях медленного многократного изменения измеряемой величи­ны. Показанием называется значение измеряемой величины, определяе­мое по отсчетному устройству прибора и выраженное в принятых еди­ницах этой величины. Вариация характеризует, насколько устойчиво повторяются показания прибора при измерениях одних и тех же значе­ний величин.

Время установления показаний (время успокоения) — промежуток времени, прошедший с момента изменения измеряемой величины до момента установления показаний. Для аналоговых приборов момент установления показаний определяется моментом, когда амплитуда колебаний указателя становится не больше, чем погрешность при­бора.

Собственная потребляемая мощность Р_соб от измеряемой цепи (чем Р _соб меньше, тем точнее измерения).

Погрешности измерительного прибора (инструментальные погрешно­сти). Эти погрешности оказывают существенное влияние на точность измерения физической величины.

Все перечисленные показатели относятся к метрологическим харак­теристикам радиоэлектронных средств измерений. Эти характеристики чаще всего нормируются в технической документации. Есть и другие характеристики измерительных приборов, присущие только цифровым средствам измерения, которые будут введены позднее.

Дата добавления: 2014-12-29