книги / Электрорадиоизмерения
..pdfГ М. Терешин, Т. Г Пышкина
ЭЛЕКТРОРАДИО ИЗМЕРЕНИЯ
Допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР
в качестве учебника для электрорадиотехнических специальностей техникумов
«Э Н Е Р Г И Я»
МОСКВА 197'
6Ф2.08
Т35
УДК 621. 317.3
|
Терешин Г. М., Пышкина Т. Г. |
|
|
|
||||
Т35 |
Электрорадиоизмерення. Учебник для техникумов. |
|||||||
|
М., «Энергия», 1975. |
|
|
|
|
|
||
|
472 с. с |
ил. |
|
|
|
|
|
|
|
В книге рассматриваются методы измерений и принцип работы |
|||||||
|
измерительных приборов, |
используемых при |
проверке, |
настройке и |
||||
|
эксплуатации |
различной |
радиотехнической и |
электронной |
аппаратуры, |
|||
|
а также устройство некоторых наиболее распространенных радноизме- |
|||||||
|
рнтельных приборов промышленного типа. |
|
|
|
||||
|
В конце каждой главы приводятся задачи и упражнения, необхо |
|||||||
|
димые для |
закрепления |
материала |
при самостоятельном |
изучении |
|||
|
предмета учащимися техникумов соответствующих специальностей. |
|||||||
|
Книга предназначена |
для использовании ее в качестве |
учебни |
|||||
|
по предмету «Электрорадиоизмерення* |
или «Радиоизмерения» |
для уч |
|||||
|
щнхея средних специальных учебных заведении, готовящих техники |
|||||||
|
по различным радиотехническим |
специальностям. |
|
|
||||
|
Учебник может быть использован при подготовке к теоретическим |
|||||||
|
занятиям и во время последующей за ними радионзмернтельной прак |
|||||||
|
тики. |
|
|
|
|
|
|
|
|
30405-372 |
|
|
|
|
|
|
6Ф2.08 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т -------------- 296-75 |
© |
Издательство «Энергия», |
1975 г. |
||||
|
051(01)-75 |
|
П Р Е Д И С Л О В И Е
Настоящий учебник предназначен для учащихся средних специальных учебных заведений, изучающих предмет «Элект рорадиоизмерения» или «Радиоизмерения».
Учебник написан применительно к программе предмета «Электрорадиоизмерения», утвержденной Министерством высшего и среднего специального образования для техни кумов соответствующих специальностей.
При изложении материала авторы поставили цель дать в книге не только теорию и методы электрорадиоизмерений, но также устройство некоторых наиболее распространен ных радиоизмерительных приборов промышленного типа, имеющихся в учебных лабораториях техникумов.
Авторы надеются, что вопросы и задачи для повторения, приведенные в конце каждой главы, помогут учащимся техникумов в их самостоятельной работе.
Авторы выражают глубокую благодарность канд. техн. наук, доценту В. П. Жукову, взявшему на себя большой труд по редактированию книги, а также рецензентам канд. техн. наук, доценту О. А. Бахвалову и преподавателю И. Ю. Зайчику за замечания, способствовавшие улучшению книги.
Все замечания по книге и предложения по ее усовершен ствованию авторы просят направлять по адресу: 113114, Москва, М-114, Шлюзовая набережная, д. 10, издательство «Энергия».
Авторы
В В Е Д Е Н И Е
Значение измерений в современной науке и технике трудно переоценить. Среди них электрорадиоизмерения играют ведущую роль. Это определяется не только высоким уровнем развития радиоэлектроники, но и возможностью применения электрических и радиотехнических методов для измерения различных неэлектрических величин.
Предмет «Электрорадиоизмерення» изучает методы из мерения различных электрических, магнитных и электро магнитных величин, а также параметров цепей радиоэлект ронной аппаратуры в широком диапазоне частот: от посто янного тока до 1011 Гц. Пределы измерений очень широки, например: активных сопротивлений от 10‘6 до 10й Ом, мощностей от 10~21 до 108 Вт. В задачи предмета входит также изучение наиболее распространенных электро- и радиоизмерительных приборов промышленного типа.
Электрорадиоизмерительные приборы необходимы при разработке, производстве, наладке и эксплуатации радио аппаратуры. Они также применяются в машиностроении, астрономии, ядерной физике, геофизике, медицине и других областях науки и техники. Это объясняется тем, что любую физическую величину при помощи различных датчиков можно преобразовать в электрическую и, следовательно, измерить методами электрорадиоизмерений. Эти методы отличаются высокой точностью, чувствительностью, широ ким диапазоном измерений.
Необходимость в электрических измерениях возникла с первых шагов развития электротехники. Появление ее нового раздела — радиотехники сразу же вызвало потреб ность в радиоизмерительных приборах. При исследовании
4
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).
|
|
|
|
Таблица 1-1 |
|
|
|
|
|
Выражение |
|
Наименование физической |
Название |
Сокращен |
производной |
||
величины |
сдиницы |
ное обо |
единицы |
||
значение |
через другие |
||||
|
|
|
|
единицы СИ |
|
Частота |
|
герц |
Гц |
С-1 |
|
Сила |
|
ньютон |
II |
М• КГ • С-3 |
|
Работа, энергия, количество |
джоуль |
Дж |
Н |
м |
|
теплоты |
|
ватт |
Вт |
|
|
Мощность |
|
Дж/С |
|||
Количество электричества |
кулон |
Кл |
А с |
||
Электрическое |
напряжение |
вольт |
В |
Вг/А |
|
Электрическое сопротивление |
ом |
Ом |
В/Л |
||
Электрическая |
проводимость |
сименс |
См |
Л/В |
|
Электрическая |
емкость |
фарада |
Ф |
Кл/В |
|
Поток магнитной индукции |
вебер |
Вб |
В |
с |
|
Магнитная индукция |
тесла |
Т |
Вб/м2 |
||
Индуктивность |
электрического |
генри |
Г |
Вб/А |
|
Напряженность |
вольт на |
В/м |
В/м |
||
поля |
|
метр |
Л/м |
|
|
Напряженность магнитного поля |
ампер на |
А/м |
|||
|
|
метр |
|
|
|
Добавляя к наименованиям основных и производных единиц системы соответствующие приставки, приведенные в табл. 1-2, получают наименования кратных и дольных единиц.
|
|
|
|
Таблица 1-2 |
|
Нан менова- |
Отношение |
Обозна |
Наименова |
Отношение |
Обозна |
ние приста |
к главной |
чение |
ние приста |
к главной |
чение |
вок |
едннице |
|
вок |
единице |
|
Тера |
1013 |
т |
Санти |
10"2 |
С |
Гига |
109 |
г |
Милли |
10"3 |
М |
Мега |
10« |
м |
Микро |
10~« |
МК |
Кило |
I03 |
к |
Нано |
И) 9 |
Н |
Гекто |
Юз |
г |
Пи ко |
Ю-12 |
П |
Дека |
10 |
да |
Фемто |
1015 |
Ф |
Деци |
10'1 |
Д |
Атто |
Ю~18 |
а |
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
ния о точности |
измерения. |
|
Рассмотрим два примера: действительное значение на |
||
пряжения {/д = |
400 В, а показание вольтметра U = 401 В, |
|
тогда |
A t/= 401 - 4 0 0 = 1 |
В; |
|
||
действительное |
значение напряжения |
(/д = 4 В, измерен |
ное U = 5 В, тогда |
|
|
|
Д{/ = 5 - 4 = 1 В. |
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: