Метрология и радиоизмерения: Рабочая программа, методические указания к изучению дисциплины, задание на контрольную работу

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЗАОЧНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра метрологии

МЕТРОЛОГИЯ И РАДИОИЗМЕРЕНИЯ РАБОЧАЯ ПРОГРАММА МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ ЗАДАНИЕ НА КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ

Факультет радиоэлектроники Направление и специальность подготовки дипломированного специалиста: 654200 - Радиотехника 200700 - Радиотехника Направление подготовки бакалавра: 552500 - Радиотехника

Санкт-Петербург 2003

2

Утверждено редакционно-издательским советом университета УДК 351.821:621.396.96 Метрология и радиоизмерения: Рабочая программа, методические указания к изучению дисциплины, задание на контрольную работу. - СПб., СЗТУ, 2003, - 33 с. Рабочая программа соответствует требованиям государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста 654200 Радиотехника (специальность 200700 - Радиотехника) и направлению подготовки бакалавра: 552500 - Радиотехника. Методический сборник содержит рабочую программу, методические указания к изучению дисциплины, тематический план лекций, перечень основной и дополнительной литературы, задания на контрольную работу и методические указания к ее выполнению. Рассмотрено и утверждено на заседании кафедры метрологии 6.03.2003 г., одобрено методической комиссией факультета радиоэлектроники 27.03.2003г. Рецензенты: кафедра метрологии СЗТУ (зав. кафедрой И.Ф.Шишкин, д-р техн. наук, проф.); Г.П.Теличенко, канд.техн.наук, ст. научн. сотр. ФГУП "ВНИИМ им. Д.И.Менделеева". Составитель: Э.И.Медякова, канд.техн. наук, доц.

© Северо-Западный государственный заочный технический университет, 2003

3

1.ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ Целью изучения дисциплины "Метрология и радиоизмерения" является подготовка будущего радиоинженера в области метрологии, стандартизации и сертификации, а также к решению практических задач измерения физических величин, используемых в радиотехнике. Основная задача дисциплины состоит в освоении основных вопросов обеспечения единства измерений, знания структурных схем и метрологических характеристик типовых средств измерений, а также в приобретении практических навыков применения подобных средств измерений с учетом особенностей поставленной задачи. В результате изучения дисциплины студент должен иметь представление: - о проблемах метрологии, стандартизации и сертификации в области радиотехники. Знать и уметь использовать: - основные теоретические положения метрологии, метрологического обеспечения, стандартизации и сертификации; - классификацию, структурные схемы, метрологические характеристики типовых средств радиоизмерений; Иметь опыт (навыки): - анализа и оценки основных технических и метрологических характеристик типовых средств измерений. Изучение дисциплины основывается на знаниях, полученных в результате изучения дисциплин: "Высшая математика", "Физика", "Основы теории цепей", "Электродинамика и распространение радиоволн", "Цифровые устройства и микропроцессоры", и, в свою очередь, способствует изучению последующих дисциплин радиотехнического цикла. Итогом изучения дисциплины является сдача студентами зачета. 2. СТРУКТУРА ДИСЦИПЛИНЫ

Сертификация

Стандартизация

Радиоизмерения

Метрология

Метрология и радиоизмерения

4

3.СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 3.1. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА Объем (100 часов) ВВЕДЕНИЕ Цели и задачи дисциплины "Метрология и радиоизмерения". Основные этапы развития метрологии и радиоизмерений, их роль в научных исследованиях, технике и промышленном производстве. Особенности развития радиоизмерений на современном этапе. Структура дисциплины, ее связь с другими дисциплинами. Порядок изучения дисциплины. 3.1.1. МЕТРОЛОГИЯ 3.1.1.1. Объекты измерений и их меры Свойства окружающего мира и меры этих свойств. Измеряемые физические и нефизические величины. Основные и производные величины. Качественная характеристика измеряемых величин - размерность. Выражение размерностей производных физических величин через размерности основных. Количественная характеристика измеряемых величин - размер. Размер и значение измеряемых величин. Числовое значение и единицы измерений. Системы единиц. Международная система единиц (СИ). 3.1.1.2. Разновидности средств измерений Определяющая роль сравнения при измерениях любого вида. Классификация измерений по различным классификационным признакам. Обнаружение и измерение физических величин. Индикаторы и средства измерений. Классификация средств измерений. Понятие об измерительной цепи. Единство измерений. Метрологические характеристики средств измерений и их нормирование. Понятие о метрологической надежности. Поверка средств измерений.

5

3.1.1.3. Основы теории измерений Основное уравнение измерений. Случайный характер отсчета. Описание отсчета эмпирическими законами распределения вероятности. Математические модели законов распределения вероятности их числовыми характеристиками (моментами). Свойства начальных и центральных моментов первого и второго порядков. Факторы, влияющие на результаты измерений. Исключение влияния факторов на этапе подготовки к измерениям. Компенсация влияющих факторов в процессе измерений. Учет влияющих факторов после измерений при обработке их результатов. Показания средств измерений. Внесение в показания аддитивных и мультипликативных поправок. Ошибки при измерениях. Источники ошибок и причины их появления. Обнаружение и исключение ошибок. Правило трех сигм. Априорная и апостериорная измерительная информация. Измерение как уточнение значения измеряемой величины. Однократное измерение. Порядок действия при однократном измерении. Многократное измерение. Организация и проведение многократного измерения. Случайный характер результата многократного измерения. Оценки числовых характеристик закона распределения вероятности результата многократного измерения и их свойства. Проверка гипотезы о нормальном законе распределения вероятности результата измерений по различным критериям согласия. Особенности обработки экспериментальных данных в зависимости от их объема. Обработка результатов измерений, не подчиняющихся нормальному закону распределения вероятности; использование неравенства П.Л.Чебышева. Обеспечение при многократном измерении заданной и максимально достижимой точности. Обработка результатов нескольких серий измерений. Сходимость и воспроизводимость измерений. Серии однородные и неоднородные. 3.1.1.4. Обеспечение единства измерений Централизованное и децентрализованное вопроизведение единиц. Эталоны единиц физических величин и их классификация. Условия хранения и использования эталонов. Передача информации о размерах единиц от эталонов средствам измерений. Методы и средства передачи.

6

Государственные, ведомственные и локальные поверочные схемы. 3.1.1.5. Математические действия над результатами измерений Особенности математических действий над результатами измерений как случайными величинами. Алгебраическое сложение результатов измерений. Композиция законов распределения вероятности. Приближенные вычисления на уровне оценок числовых характеристик законов распределения. Умножение результатов измерений, возведение их в степень, функциональные преобразования. Решение системы линейных уравнений методом наименьших квадратов. 3.1.1.6. Законодательная метрология Нормативно-правовая регламентация метрологической деятельности. Нормативные акты разных уровней и областей распространения. Международное сотрудничество в области метрологии. 3.1.1.7. Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ) Стандарты ГСИ как нормативная база метрологического обеспечения. Основные задачи стандартизации в области метрологического обеспечения. Структура нормативных документов ГСИ и ее связь с другими системами стандартов. Структура метрологической службы России. Основные виды метрологической деятельности. Государственный надзор и ведомственный контроль за стандартами и средствами измерений в России. 3.1.2. Радиоизмерения 3.1.2.1. Измерение токов и напряжений Методы измерения токов и напряжений. Значения измеряемых величин. Электромеханические измерительные преобразователи и приборы на их основе. Расширение пределов измерений с помощью шунтов и добавочных сопротивлений. Электронные стрелочные вольтметры постоянного и переменного токов. Структурные схемы, особенности градуировки

7

шкалы. Влияние формы исследуемого сигнала на показания прибора. Точность измерений напряжений и токов. Импульсные и селективные вольтметры. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые измерительные преобразователи. Цифровые вольтметры на их основе. Структурные схемы, технические характеристики, области применения. Меры электрического тока и напряжения. 3.1.2.2. Генераторы измерительных сигналов Назначение измерительных генераторов, их классификация. Нормируемые метрологические характеристики. Генераторы сигналов низких и высоких частот: структурные схемы, особенности применения. Импульсные генераторы. Генераторы шума. 3.1.2.3. Приборы для наблюдения, измерения и исследования формы сигналов и спектра Классификация средств измерений. Осциллографы: светолучевой и электронно-лучевой. Принципы действия, структурные схемы, области применения. Особенности осциллографических разверток. Калибраторы амплитуды и длительности. Анализаторы спектра, измерители коэффициента амплитудной модуляции, девиометры, измерители коэффициента нелинейных искажений: структурные схемы, области применения, нормируемые метрологические характеристики. 3.1.2.4. Измерение фазового сдвига Методы измерений фазового сдвига: осциллографический, преобразования фазового сдвига во временной интервал и др. Структурные схемы фазометров (аналоговых и цифровых), нормируемые метрологические характеристики. 3.1.2.5. Измерение частоты и интервалов времени Частотно-временные параметры сигналов. Классификация, области применения средств измерений, нормируемые метрологические характеристики. Методы измерения частоты: перезаряда конденсатора, гетеродинный, резонансный, осциллографические, дискретного счета. Структурные схемы средств измерений (аналоговых и цифровых), нормируемые метрологические характеристики.

8

3.1.2.6. Измерение мощности Методы измерения мощности в области низких и высоких частот. Структурные схемы и нормируемые метрологические характеристики средств измерений. 3.1.2.7. Измерение параметров элементов цепей Методы измерения параметров элементов цепей: вольтметра и амперметра, мостовой, резонансный, дискретного счета. Структурные схемы и нормируемые метрологические характеристики средств измерений. Куметры. Измерение амплитудно-частотных характеристик радиотехнических устройств. 3.1.2.8. Измерение параметров цепей СВЧ Общие сведения о параметрах цепей СВЧ. Измерители коэффициентов стоячей и бегущей волн, полного сопротивления, длины волны в волноводе, потерь в длинных линиях, добротности колебательных цепей, коэффициентов отражения и ослабления: принципы действия, структурные схемы, нормируемые метрологические характеристики. 3.1.2.9. Измерение характеристик случайных сигналов Общие сведения о характеристиках случайных сигналов. Измерители моментов, корреляционных функций, энергетического спектра, функций распределения и плотности вероятности: структурные схемы и нормируемые метрологические характеристики. 3.1.2.10. Автоматизация измерений направления автоматизации

Основные средств радиоизмерений. Применение встроенных микропроцессорных систем. Измерительно-вычислительные системы. 3.1.3. Стандартизация Основные понятия и термины в области стандартизации. Системы предпочтительных чисел. Методические основы стандартизации. Основные методы стандартизации: унификация, агрегатирование, типизация. Классификация и кодирование технико-экономической информации. Государственная система стандартизации Российской Федерации. ЕСКД и ЕСТД.

9

3.1.4. Сертификация Основные цели, объекты и системы сертификации. Законодательная база сертификации. Области применения сертификации. Основные этапы процесса сертификации. Научно-техническое обеспечение сертификации. Структура нормативно-методического обеспечения сертификации. 3.2. ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ЛЕКЦИЙ ДЛЯ СТУДЕНТОВ ОЧНО-ЗАОЧНОЙ ФОРМЫ ОБУЧЕНИЯ (8 часов) Темы лекций 1. Метрология 2. Измерение напряжений и токов 3. Приборы для наблюдения, измерения и исследования формы сигнала и спектра 4. Стандартизация и сертификация

Объем, час 2 2 2 2

3.3. ТЕМЫ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ (12 часов) Темы лабораторных занятий 1. Внесение поправок

Объем, час 4

2. Измерение частотновременных параметров сигналов 3. Измерение напряжений 4. Измерение мощности

2

5. Измерение резонансной частоты последовательного колебательного контура

2 2

2

Описание деятельности студента При выполнении работы студент приобретает навыки внесения детерминированной поправки в показания средств измерений При выполнении работы студент приобретает практические навыки работы с типовыми средствами измерений При выполнении работы студент приобретает навыки анализа влияющих факторов при решении типовой измерительной задачи

10

3.4. Перечень тем практических занятий ( 4 часа) 1. Определение пределов, в которых находится измеряемая физическая величина. 2. Обработка результатов многократного наблюдения. 3.5.ПЕРЕЧЕНЬ УЧЕБНОЙ И УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ Основная: 1. Шишкин И.Ф. Метрология, стандартизация и управление качеством. - М.: Изд-во стандартов, 1990. 2. Кушнир Ф.В. Электрорадиоизмерения. - Л.: Энергоатомиздат, 1983. 3. Алексеев Г.А. Стандартизация в технических системах: Учеб. пособие. - СПб.: СЗТУ, 2001. Дополнительная: 4. Винокуров В.И., Каплин С.И., Петелин И.Г. Электрорадиоизмерения. - М.: Высшая школа, 1986. 5. Сергеев А.Г., Латышева М.В. Сертификация: Учеб. пособие для студентов вузов.- М.: Логос, 2001. 3.6. ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ 1. Дайте определение науке метрологии. 2. Перечислите основные этапы развития метрологии. 3. Перечислите основные этапы развития радиоизмерений. 4. Приведите примеры измеряемых физических и нефизических величин. 5. Поясните характеристики измеряемых физических величин размер и размерность. 6. Перечислите основные единицы Международной системы единиц (СИ). 7. Приведите классификацию измерений по различным классификационным признакам и классификацию средств измерений. 8. Что такое поверка средств измерений? 9. Приведите основное уравнение измерений. 10. Какие математические модели законов распределения вероятности Вам известны? 11. Приведите примеры факторов, влияющих на результаты измерений. 12. Приведите примеры внесения поправок в показания средств измерений. 13. Поясните порядок действий при однократном измерении.

11

14. Поясните организацию и проведение многократного измерения. 15. Каковы свойства оценок числовых характеристик законов распределения вероятности? 16. Как проверяется гипотеза о нормальном законе распределения вероятности результата измерений по различным критериям ? 17. Поясните смысл использования неравенства П.Л.Чебышева. 18. Как обеспечивается при многократном измерении заданная точность? 19. Что такое единство измерений? 20. Какой документ регламентирует передачу информации о размере единицы от эталона средствам измерений? 21. Поясните назначение государственных, ведомственных и локальных поверочных схем. 22. Каковы особенности математических действий над результатами измерений как случайными величинами? 23. Поясните нормативно-правовую регламентацию метрологической деятельности. 24. Перечислите основные виды метрологической деятельности. 25. Перечислите методы измерения токов и напряжений. 26. Каковы особенности использования вольтметров переменного тока при исследовании сигналов сложной формы? 27. Поясните назначение аналого-цифровых и цифро-аналоговых измерительных преобразователей. 28. Поясните назначение измерительных генераторов. 29. Поясните назначение осциллографов, анализаторов спектра, измерителей коэффициента амплитудной модуляции и девиометров. 30. Перечислите методы измерений фазового сдвига между двумя сигналами. 31. Поясните принципы действия частотомеров. 32. Каковы достоинства цифровых мультиметров частотновременной группы? 33. Поясните основные методы измерения мощности в области низких и высоких частот. 34. Каковы принципы измерений параметров элементов цепей? 35. Перечислите области применения средств измерений параметров цепей СВЧ. 36. Перечислите основные направления автоматизации средств радиоизмерений. Приведите примеры. 37. Поясните основные понятия и термины в области стандартизации.

12

38. Поясните систему предпочтительных чисел, приведите примеры. 39. Перечислите основные методы стандартизации. Приведите примеры. 40. Поясните назначение ЕСКД и ЕСТД. 41. Каковы основные цели и области применения сертификации? 42. Поясните научно-техническое обеспечение сертификации. 4. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ Дисциплина "Метрология и радиоизмерения" относится к числу общетехнических дисциплин в учебном плане специальности 200700 - Радиотехника, направления 654200 - Радиотехника. Дисциплина охватывает основные вопросы метрологии и метрологического обеспечения, особенности построения и использования типовых средств радиоизмерений, а также вопросы стандартизации и сертификации в области радиотехники. Основной формой освоения студентами дисциплины является самостоятельная работа с рекомендуемым основным и дополнительным учебными материалами. Учебным планом обучения студентов очно-заочной формы по дисциплине "Метрология и радиоизмерения" предусмотрено проведение лекционных занятий в объеме 8 часов, выполнение контрольной работы, лабораторных работ и практических занятий. Введение [1], с. 5…15 Предметом дисциплины "Метрология и радиоизмерения" является изучение основ метрологии и метрологического обеспечения, стандартизации и сертификации в области радиотехники, а также вопросов построения и использования типовых средств радиоизмерений. Цель дисциплины - подготовка будущего инженерарадиотехника к решению производственных задач на базе знания основ метрологии, стандартизации, сертификации и радиоизмерений с тем, чтобы, используя полученные знания и навыки, студент мог грамотно решать организационные, научные и технические задачи при проведении измерений. Настоящая дисциплина является базой для изучения последующих дисциплин радиотехнического цикла.

13

4.1. Метрология 4.1.1. Объекты измерений и их меры [1], с. 16…30 При изучении этого вопроса следует знать, что количественная информация получается только посредством измерений, а измерения входят в процесс познания, и поэтому процедура получения измерительной информации является познавательной процедурой. Предметом познания являются объекты, свойства и явления окружающего мира. Следует особое внимание уделить понятию "физическая величина", качественной и количественной характеристикам измеряемых величин (размерности и размеру), а также различным шкалам (порядка, интервалов и отношений). Далее следует повторить систему единиц СИ, включающую 7 основных единиц, и правила образования производных единиц. 4.1.2. Разновидности средств измерений [1], с. 32…49 При изучении этого вопроса следует уяснить, что любое измерение по шкале отношений состоит в сравнении неизвестного размера с известным и выражении первого через второй в кратном или дольном отношении. Результат же измерения, выполненного человеком, зависит от множества обстоятельств, не поддающихся строгому учету. Следует обратить внимание на понятия: инструментальные и автоматические измерения. Знание классификации средств измерений (меры, измерительные преобразователи и приборы, установки и системы) позволит радиоинженеру технически грамотно обосновать выбор средств измерений для решения той или иной практической задачи. При этом непременно возникает вопрос обоснования выбора средств измерений с теми или иными нормируемыми метрологическими характеристиками. Следовательно, радиоинженер должен знать, какие метрологические характеристики (выбираемые из состава технических характеристик) данного типа средств измерений могут обеспечить требуемое качество измерений. При изучении этих вопросов важным является понимание условий применения средств измерений (нормальные и рабочие условия применения), а также понятия "класс точности" средств измерений. При этом необходимо знать, что классом точности называется обобщенная характеристика всех средств измерений данного типа, обеспечивающая правильность их показаний и

14

устанавливающая оценку снизу точности показаний, а классы точности присваиваются типам средств измерений с учетом результатов государственных приемочных испытаний. Важными являются понятия "поверка средств измерений" и "метрологическая надежность средств измерений". 4.1.3. Основы теории измерений [1], с. 50…122 В этом разделе изучаются основные теоретические вопросы метрологии. Внимание следует уделить основному постулату метрологии. Необходимо знать, что в метрологии широко используется математический аппарат теории вероятностей, что определяет знание свойств законов распределения вероятностей, являющихся моделями эмпирических законов распределения, получаемых из экспериментальных данных методами математической статистики. Следует уяснить, что во многих случаях описание отсчета или результата измерений с помощью законов распределения вероятности является хотя и наиболее полным, но неудобным. Поэтому во многих случаях ограничиваются приближенным описанием закона распределения вероятности с помощью его числовых характеристик. Все они представляют собой некоторые средние значения (математическое ожидание отсчета, дисперсия, третий и четвертый центральный моменты). Далее следует понять, что при получении отсчета во внимание должно приниматься еще множество факторов, учет которых представляет иногда довольно сложную задачу. Исключение влияющих факторов производится с помощью различных способов (замещения, компенсации, противопоставления и др.). Если же измерение не удается организовать так, чтобы исключить или скомпенсировать влияющие факторы, то в показание средств измерений следует вносить поправки. Часто в метрологии встречаются ситуации, когда по какойлибо причине не хватает нужной количественной информации. Для математического описания таких ситуаций используются ситуационные модели. При многократном измерении одной и той же величины постоянного размера ошибки проявляются в том, что результаты отдельных измерений заметно отличаются от остальных. Рассеяние результата измерений в подобном случае нередко бывает следствием множества причин. Студент должен понимать центральную предельную теорему теории вероятности. Если условия этой теоремы выполняются, то весь массив экспериментальных данных

15

при многократном измерении одной и той же величины постоянного размера должен группироваться около некоторого среднего значения. Следует вспомнить понятия "дифференциальная" и "интегральная" функции нормального закона распределения вероятности, "доверительная вероятность" и "доверительный интервал". Необходимо уяснить порядок выполнения однократного измерения при точно известном значении аддитивной поправки. В случае, если значение поправки неизвестно, то следует анализировать априорную информацию. При повышенных требованиях к точности измерений производится многократное измерение одной и той же величины постоянного размера. Следует уяснить порядок выполнения многократного измерения и знать точечные оценки числовых характеристик законов распределения вероятности. Одним из важнейших теоретических вопросов метрологии является проверка нормальности закона распределения вероятности результата измерения. Существует несколько критериев согласия, по которым проверяются гипотезы о соответствии экспериментальных данных тому или иному закону распределения вероятности результата измерения. Наиболее распространенным из них является критерий К.Пирсона, часто применяемый в практической деятельности. Особое внимание следует уделить обработке экспериментальных данных, подчиняющихся нормальному закону распределения вероятности. Следует уяснить, что многократное измерение одной и той же величины постоянного размера позволяет обеспечить требуемую точность. 4.1.4. Обеспечение единства измерений [1], с. 130…143 Следует знать, что под единством измерений понимается такое их состояние, при котором обеспечивается достоверность измерений, а значения измеряемых величин выражаются в узаконенных единицах. Размеры единиц могут воспроизводиться там же, где выполняются измерения, либо информация о них должна передаваться с места их централизованного хранения и воспроизведения (децентрализованное и централизованное воспроизведение единиц).

16

Далее необходимо понять назначение эталонов и их классификацию, а также методы передачи информации о размерах единиц (непосредственного сличения, сличения с помощью компаратора и др.), и назначения поверочных схем (государственных, ведомственных и локальных). 4.1.5. Математические действия над результатами измерений [1], с. 144…163 При математических действиях над результатами измерений нужно учитывать, что последние являются случайными значениями измеренных величин. Следует рассмотреть математические действия с одним результатом измерения (умножение результата измерения на постоянный множитель и возведение результата измерения в квадрат), а также математические действия с несколькими результатами измерений (сложение и умножение результатов измерений). 4.1.6. Законодательная метрология [1], с. 223 … 234 Следует уяснить, что любая несогласованность в решении, например, вопросов воспроизведения и передачи информации о размере единиц, выборе нормируемых метрологических характеристик средств измерений и ряда других влекут за собой нарушение единства измерений и дезорганизацию хозяйственной деятельности. Поэтому все решения, принимаемые по соглашению (например, выбор основных физических величин и нормируемых метрологических характеристик) должны быть строго регламентированы, т.е. обличены в форму юридических актов, имеющих четкую правовую основу. Эти вопросы и являются объектом законодательной метрологии - комплекса юридических и нормативно-технических документов, регламентирующих метрологические положения, правила и нормы, устанавливаемые по соглашению. С помощью нормативно-технических документов (стандартов, технических условий, методических указаний, положений, инструкций, правил и др.) законодательная метрология охватывает все уровни управления: от государственного до уровня руководства отдельными предприятиями и организациями. Международное сотрудничество в области метрологии определяется необходимостью развития научного, культурного и торгового обмена между странами.

17

4.1.7. Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ) [1], с. 281 … 315 Стандарты ГСИ являются нормативной базой метрологического обеспечения, под которым понимается установление и применение научных и организационных основ, технических средств, правил и норм, необходимых для достижения единства и требуемой точности измерений. Необходимо знать основные задачи стандартизации в области метрологического обеспечения, структуру нормативных документов ГСИ и ее связь с другими системами стандартов, а также сеть государственных метрологических органов и их деятельность. Необходимо иметь представление о государственном и ведомственном надзорах. 4.2. Радиоизмерения 4.2.1. Измерение тока и напряжения [2], с. 49 … 95; [4], с. 174 … 195 При изучении этого раздела необходимо знать, что при выборе средства измерений тока и напряжения следует учесть требования к диапазону измеряемых величин, частотному диапазону и к точности измерений. Поэтому в настоящее время применяются электромеханические, электронные аналоговые и цифровые средства измерений. Особые затруднения возникают при исследовании напряжений переменного тока, когда требуется учитывать особенности и сигнала, и средства измерений. Необходимо знать достоинства цифровых вольтметров при автоматизации измерительных процессов (переключение пределов, установка нуля, обработка информации и др.). В радиотехнике достаточно широко используются селективные и импульсные вольтметры, предназначенные для исследования сигналов сложной формы и для измерения пиковых значений сигналов. 4.2.2. Генераторы измерительных сигналов [2], с. 96 … 116; [4], с. 78 … 105 Измерительные генераторы служат источниками сигналов различных форм. Это генераторы низких и высоких частот, шума и импульсные генераторы.

18

Следует знать нормируемые метрологические характеристики измерительных генераторов и особенности их построения. 4.2.3. Приборы для наблюдения, измерения и исследования формы сигнала и спектра [2], с. 120 … 175; [4], с. 222 … 237 Приборы этой группы являются самыми важными в радиоизмерительной практике. Следует знать особенности их применения при решении измерительной задачи: получение временной характеристики исследуемого сигнала, информации об амплитудах и частотах составляющих, о коэффициенте амплитудной модуляции, о девиации частоты. Следует знать нормируемые метрологические характеристики приборов этой группы. 4.2.4. Измерение фазового сдвига [2], с. 176 … 191; [4], с. 161 … 173 В радиотехнике обычно измеряется фазовый сдвиг между двумя периодическими сигналами одной частоты. Следует уяснить принципы построения аналоговых и цифровых фазометров, что определяет структурные схемы этих средств измерений, и знать их нормируемые метрологические характеристики. Также следует знать особенности осциллографических способов измерения фазового сдвига. 4.2.5. Измерение частоты и интервалов [2], с. 192 … 225; [4], с. 141 … 160 В настоящее время существуют многие принципы измерения частоты (конденсаторный, резонансный, гетеродинный, последовательного счета, осциллографический), что определяет структурные схемы этих средств измерений. Особое значение имеют стандарты частоты и времени, применяемые как меры этих величин. 4.2.6. Измерение мощности [2], с. 226 … 238; [4], с. 196 … 221 В радиотехнике мощность измеряют в области низких и высоких частот, в том числе в области СВЧ, что определяет разнообразие принципов построения этих средств измерений. Следует привести структурные схемы и перечислить нормируемые метрологические характерики типовых средств измерений мощности.

19

4.2.7. Измерение параметров элементов цепей [2], с. 249 … 272; [4], с. 254 … 268 В радиотехнике приходится измерять следующие параметры элементов цепей: сопротивление электрическому току, индуктивность, емкость, добротность, тангенс угла потерь. Следует знать, что наиболее распротсраненные средства измерений этих величин представляют собой универсальные мосты. Также для решения некоторых измерительных задач могут быть применены другие методы. При исследовании амплитудно-частотных характеристик радиотехнических устройств применяются характериографы. 4.2.8. Измерение параметров СВЧ [2], с. 273 … 292; [4], с. 254 … 268 В радиотехнике измеряются типовые величины СВЧ: коэффициенты стоячей и бегущей волн, полного сопротивления, потерь в длинных линиях и др. Следует уяснить принципы построения этих средств измерений, области их применения и основные нормируемые метрологические характеристики. 4.2.9. Измерение характеристик случайных сигналов [2], с. 239 … 248; [4], с. 237 … 253 Типовые характеристики случайных сигналов (моменты, корреляционные функции распределения и плотности вероятности и др.) исследуются в радиоизмерительной практике. Следует знать структурные схемы и нормируемые метрологические характеристики этих средств измерений. 4.2.10. Перспективные направления в развитии радиоизмерений [4], с. 321 … 338 Следует знать, что основным направлением в развитии радиоизмерений является автоматизация средств измерений, что может быть сделано с помощью ЭВМ. В настоящее время широкое распространение получила автоматизация измерений на основе микропроцессоров и разработка измерительно-вычислительных комплексов.

20

Также перспективным направлением может быть совершенствование элементной и конструкторско-технологической базы. 4.3. Стандартизация [3], с. 3 … 157 Следует знать, что стандартизация - область знаний, посвященная исследованию проблем упорядочения различных видов человеческой деятельности, а на современном этапе научнотехнического развития стандартизация определяет закономерности, принципы, методы и формы целесообразного, коллективного и оптимального упорядочения всех видов деятельности. Следует знать основные понятия и термины в области стандартизации: объект стандартизации, нормативный документ, стандарт, регламент и др., а также научно-методические основы стандартизации. Необходимо уметь пользоваться системами ЕСКД и ЕСТД в своей практической деятельности и знать основные положения Государственной системы стандартизации Российской Федерации. 4.4. Сертификация [3], с. 176 … 187; [5], с. 9 … 60; 94 … 116; 147 … 153 Следует уяснить, что сертификация - процедура, посредством которой третья сторона дает письменную гарантию того, что продукция, процесс, услуга соответствует заданным требованиям. Следует знать организацию процессов сертификации, законодательную базу сертификации, области ее применения, системы и схемы. Важными являются вопросы научно-технического обеспечения сертификации. 5. ЗАДАНИЕ НА КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ В процессе изучения дисциплины "Метрология и радиоизмерения" студенты выполняют контрольную работу. Контрольная работа включает в себя выполнение 5 заданий. При подготовке к выполнению контрольной работы необходимо ознакомиться с соответствующими разделами теоретического материала по рекомендованной учебной литературе. Контрольная работа выполняется в тетради с полями. На титульном листе указывается фамилия, шифр, факультет и специальность студента. Варианты и значение исходных данных задания определяются студентом по его индивидуальному шифру и должны соответствовать приведенным указаниям по их выбору.

21

Условие задачи переписывается полностью. Каждый этап расчета следует сопровождать необходимым пояснением, приведением необходимого расчетного выражения и полученных результатов вычислений. Выполненная контрольная работа сдается на рецензирование. Исправления в работе производятся так, чтобы рецензент мог сопоставить первоначальный и новый варианты. Задание 1 В табл. 1 приведены 100 независимых числовых значений результата измерений постоянного тока ( в амперах). Определить ток, если с вероятностью Р точность измерений должна быть не ниже 2 ε 0 . Значения Р и 2 ε 0 приведены в табл.2. Свои исходные данные из табл. 1 студент находит, начиная с цифры, расположенной на пересечении столбца, соответствующего последней цифре шифра, и строки, соответствующей предпоследней цифре шифра, после чего использует все последующие цифры столбца с переходом на следующий столбец. Считать, что результат измерений тока подчиняется нормальному закону распределения вероятности. Таблица 1 Предпоследняя цифра шифра

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Последняя цифра шифра 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1,21 1,22 1,21 1,20 1,23 1,25 1,25 1,24 1,23 1,23

1,24 1,21 1,20 1,21 1,24 1,25 1,25 1,24 1,22 1,23

1,24 1,22 1,21 1,23 1,25 1,20 1,21 1,23 1,22 1,23

1,25 1,23 1,23 1,22 1,23 1,26 1,25 1,24 1,24 1,23

1,23 1,25 1,22 1,25 1,24 1,26 1,24 1,25 1,26 1,20

1,23 1,22 1,22 1,26 1,25 1,25 1,26 1,27 1,24 1,23

1,24 1,24 1,26 1,26 1,22 1,23 1,22 1,23 1,24 1,22

1,23 1,23 1,24 1,27 1,26 1,24 1,23 1,22 1,21 1,21

1,23 1,25 1,24 1,23 1,23 1,25 1,24 1,24 1,25 1,23

1,24 1,25 1,24 1,23 1,23 1,25 1,24 1,27 1,26 1,23

22

Таблица 2 Данные Р 2 ε0 , А

0

Предпоследняя цифра шифра 3 4 5 6 7 0,95 0,02

1 2 0,97 0,04

8 0,9

9

Указание. Для обеспечения требуемой точности при многократном измерении следует применять алгоритм расчета, приведенный в [1], с.116. Взяв первые 10 числовых значений результата измерений, рассчитать оценку среднего значения и стандартного отклонения показаний, что позволит проверить ряд на наличие ошибок. Расчет половины доверительного интервала ε позволит сравнить ее с ε 0 , что дает возможность сделать вывод о возможной необходимости увеличения количества экспериментальных данных, после чего следует повторить расчеты, используя методику, приведенную в [1], с. 116-118 (Пример 27). Наращивание количества экспериментальных данных следует продолжать до обеспечения требуемой точности. Порядок расчета. 1. Определить среднее арифметическое результата измерения: Λ

I=

l n ∑ Ii , где n = 10. n i=1

2. Определить стандартное отклонение результата измерения: 2

Λ  1 n   I i − I  . SI = ∑ n − 1 i=1  

3. Проверить, отличается ли больше чем на 3SI хоть одно из числовых значений результата измерений от среднего арифметического. Если не отличается ни одно из числовых значений, то следует признать, что ошибок нет. 4. Определить стандартное отклонение среднего арифметического:

SΛ = I

SI . n

5. Найти при n = 10 и заданном значении Р коэффициент t Стьюдента ( [1], Рис.4.5).

23

6. Рассчитать половину доверительного интервала:

ε = t ⋅ SΛ , I

после чего сравнить полученное значение ε с заданным. Если ε > ε0 , то необходимо увеличить количество экспериментальных данных и повторить все вышеприведенные расчеты для n = 11. 7. В результате подобных расчетов следует установить, сколько числовых значений результата измерения потребовалось получить для того, чтобы с заданной вероятностью Р установить, что измеряемый ток находится в интервале: Λ

Λ

I− ε ≤ I ≤ I+ ε

(А).

Задание 2 Напряжение постоянного тока измеряется двумя вольтметрами класса точности клт1 (используется предел измерений Uпред1 ) и класса точности клт2 (используется предел измерений Uпред2 ). Показания вольтметров составляют соответственно U1 и U2 . Определить, какой вольтметр предпочтительнее применять для обеспечения большей точности измерений. Значения клт1, клт2, Uпред1, Uпред2, U1 и U2 приведены в табл.3 и 4. Влиянием входного сопротивления вольтметра на исследуемую цепь пренебречь. Определить пределы, в которых находятся измеряемое напряжение, при использовании двух вольтметров. Таблица 3 Данные

Последняя цифра шифра 3 4 5 6

0

1

2

Клт1

4,0 4,0

2,5/1,5

1,5

2,5 2,5

1,0

2,5

Клт2

2,5/1,5

4,0 4,0

1,5/1,0

2,5

1,0

4,0 4,0

7

8

9

2,5

2,5

2,5/1,5

1,0 1,0

1,5/1,0

1,5 1,5

4,0

0,5/0,1

24

Таблица 4 Данные 0 Uпред1, В

U1, В Uпред2, В U2, В

1

100 72,4 92,3 150 70,3 95,6

Предпоследняя цифра шифра 2 3 4 5 6 7 120 300 500 25,3 85,5 122 245 450 270 100 500 1000 26,7 83,2 120 240 454 272

8

9

1000 121 345 500 124 340

Указание Пользуясь обозначениями классов точности вольтметров, с учетом используемых пределов измерений и полученных показаний вольтметров, определить максимально допускаемые относительные отклонения показаний обоих вольтметров от измеряемого напряжения согласно [1], с. 41…45, что позволит сделать необходимый вывод о предпочтительности применения одного из вольтметров. Для записи пределов, в которых находится измеряемое напряжение постоянного тока следует определить максимально допустимые абсолютные отклонения показаний от измеряемого напряжения. Пример: Uпред1 = 50В; U1 = 27,3 В Uпред2 = 150В; U2 = 26,5В 2,5 клт1 = 2,5 ; клт2 = 2,5 Решение: Определить максимально допускаемые относительные отклонения показаний вольтметров от измеряемого напряжения: ±δ1 = 2,5%;

±δ2 = клт2

U пред 2 U2

= 2 ,5 ⋅ 10 −2

150 ≈ 14% 26 ,5

Сравнивая δ1 и δ2 , можно сделать вывод о том, что применение первого вольтметра предпочтительнее. Определим максимально допускаемые абсолютные отклонения показаний вольтметров от измеряемого напряжения: ±ε1 = U1·δ1· 10-2 = 27,3 · 2,5· 10-2 ≅ 0,7 (В) ±ε2 = Uпред2 · δ2 · 10-2 = 150· 2,5 · 10-2 ≅ 3,7 (В) Пределы, в которых находится измеряемое напряжение, могут быть представлены в виде выражения: U - ε ≤ u ≤ U + ε (В)

25

В данном случае для первого вольтметра: 27,3 - 0,7 ≤ u ≤ 27,3 + 0,7 (В) 26,6 ≤ u ≤ 28,0 (В) Для второго вольтметра: 26,5 - 3,7 ≤ u ≤ 26,5 + 3,7 (В) 22,8 ≤ u ≤ 30,2 (В) В табл. 5 приведены формулы для расчета ±δ вольтметров различных классов точности.

и ±ε для Таблица 5

Характеристики показания

Условное обозначение класса точности вольтметра

р

±δ, %

р

U пред U

Uпред · р · 10-2

±ε, В Пределы, В

p

р

с/d

р

[с+d( Uпред/ U -1)]

U · δ · 10-2 U - ε ≤ u ≤ U +ε Задание 3

Электронно-лучевой осциллограф (ЭЛО) имеет следующие положения переключателя коэффициентов развертки "мкс/дел.", определяющего масштаб по горизонтали: 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 2,0; 5,0; 10; 20; 50. Экран ЭЛО по горизонтали имеет d = 10 делений. 1. Выбрать положение переключателя коэффициента развертки "мкс/дел.", при котором на экране будут получены n периодов исследуемого периодического сигнала с частотой F. Форма сигнала, частота F сигнала и число периодов n указаны в табл. 6 и 7, где форма сигнала: С - синусоидальная, М - меандр, П пилообразная, О - однополярные прямоугольные импульсы со скважностью 3. Таблица 6 Данные Форма сигнала

0 М

1 П

2 О

Предпоследняя цифра шифра 3 4 5 6 7 C М П О C

8 М

9 П

26

Число периодов n

3

2

4

3

2

4

3

2

4

3

Таблица 7 Параметры F, кГц к, %

0 250 5

1 0,25 10

2 103 15

Последняя цифра шифра 3 4 5 6 450 300 150 1,5 5 10 15 5

7 0,02 10

8 80 15

9 0,08 5

2. Нарисовать осциллограмму, которая получится на экране ЭЛО в режиме линейной непрерывной развертки с учетом выбранного положения переключателя "мкс/дел.", считая, что время обратного хода напряжения развертки составляет к% от периода развертки ( рассмотреть, что будет получаться в каждом из нескольких последовательных периодов развертки). 3. Указать, как получить устойчивое изображение на экране. Указание. Необходимо повторить, как получается изображение на экране ЭЛО в режиме непрерывной линейной развертки ([2], с. 127…129), как производится измерение временных интервалов способом калиброванной развертки ([2], с. 174). Пример: форма сигнала - С; число периодов n = 3; частота сигнала F, кГц , …, 100; к = 10%. Решение. Следует изобразить временной график исследуемого сигнала в координатах uу = f1(t), указав масштаб по оси времени. Период исследуемого сигнала определяется по формуле: Ту = 1/Fу = 1/100·103 = 10-5с = 10 мкс; Требуемый коэффициент развертки определяется по формуле: Кр треб ≥ n·Tу / d ≥ 3·10/10 (мкс/дел) ; Кр треб ≥ 3 мкс/дел. Следует выбрать из имеющихся значений коэффициент развертки, удовлетворяющий этому требованию: Кр = 5 мкс/дел. Далее необходимо уточнить длительность прямого хода Тпр напряжения линейной непрерывной развертки: Тпр = Кр · d = 5·10 = 50 мкс.

27

Эту величину следует отложить по оси времени на временном графике напряжения линейной непрерывной развертки ux =f2 (t), который помещается ниже графика Uy= f1(t). Поскольку реальное напряжение линейной непрерывной развертки имеет длительность Тобр обратного хода, то период развертки имеет две составляющих: Тх = Тпр + Тобр . Тобр можно определить, решив систему уравнений: Тобр= к Тх Тх= Тпр + Тобр

.

Полученное значение Тобр следует отложить по оси времени графика uх =f2 (t), после чего изобразить на этом графике второй период развертки. Та часть исследуемого сигнала, которая приходится на время прямого хода напряжения развертки, будет видна на экране ЭЛО. На время Тобр трубка закрывается, и эта часть исследуемого сигнала не видна. Таким образом, изображение на экране ЭЛО будет представлять несколько отрезков сигналов синусоидальной формы, наложенных друг на друга. Устойчивое изображение на экране ЭЛО получится только при соблюдении условия: Тх = m Ту , где m - целое число. Задание 4 Необходимо измерить частоту или период сигнала переменного тока синусоидальной формы при помощи типового цифрового мультиметра частотно- временной группы. Определить для значения показания частотомера Fпок , приведенного в табл.8, какой параметр (частоту или период) рационально измерить, исходя из требований наибольшей точности измерений. Определить пределы, в которых находится измеряемая физическая величина (частота или период). Таблица 8 Параметр Fпок, кГц

0 0,01

1 0,1

Предпоследняя цифра шифра 2 3 4 5 6 7 0,5 1,0 5,0 20,0 50,0 100

8 500

9 103

Основные технические характеристики типового цифрового мультиметра частотно-временной группы приведены в табл.9.

28

Диапазон измеряемых частот, Гц Максимально допускаемое относительное отклонение δF показания от измеряемой частоты, не более Время счета τсч , мс Диапазон измеряемых периодов, c Максимально допускаемое относительное отклонение δТ показания от измеряемого периода, не более Цена метки времени Тм, мкс Максимально допускаемая относительная нестабильность частоты δо образцового источника за год, не более … Множитель периода n

10 … 107

Таблица 9

1 ± δo2 +( )2 Fпок ⋅τсч

1; 10; 100; 103; 104; 10-5 … 100 Tм 0 ,003 2 ± δo2 +( ) +( )2 n n⋅Tпок

0,01; 0,1; 1,0; 102; 103; ± 10-7 1; 10; 102; 103

Указание. Необходимо обратить внимание на точность показаний цифрового мультиметра частотно-временной группы при измерении частоты и периода. В [2], с. 207 …214 приводится формула, которая позволяет рассчитать граничную частоту fгр , при которой точность измерений частоты и периода одинакова. Если fгр < Fпок , то следует измерять частоту, если fгр > Fпок , то следует измерять период. Эта задача может быть решена другим способом - при использовании типовых формул, приведенных в табл.10. Пример: Fпок ≅ 20 Гц (Тпок ≅ 1/20 с ≅ 50 мкс) Решение: Максимально допускаемое относительное отклонение показания от измеряемой частоты определяется по формуле:

± δ F ≅ ( δ o )2 + (

1 1 )2 ≅ ± ( 10 −7 )2 + ( )2 20 ⋅ 10 Fпок ⋅ τ сч

При этом выбирается τсч = 104 (мс) = 10 (с). Тогда:

± δ F ≅ ( 10 −7 )2 + ( 5 ⋅ 10 −3 )2 ≅ 5 ⋅ 10 −3 . Пределы, в которых находится измеряемая частота F: Fпок -εF ≤ F ≤ Fпок + εF ,

29

где ± εF = Fпок⋅ δF = 20⋅5⋅10-3 = 0,1 (Гц). Следовательно, в данном случае показание содержит информацию о десятых долях Гц, и измеряемая частота находится в пределах: 20,0 - 0,1 ≤ F ≤ 20,0 + 0,1 (Гц) Максимально допускаемое относительное отклонение показания от измеряемого периода находится по формуле:

± δ т ≅ ( δ o )2 + (

0 ,003 2 T ) + ( м )2 . n nTпок

Выбираем n =103 ; Тм = 0,01(мкс) = 0,01·103 (мс). Тогда:

0 ,003 2 0,01 ⋅ 10 −3 2 ± δ т ≅ ( 10 ) + ( ) +( ) ≅ n 103 ⋅ 50 −7

2

≅ ( 10 −7 )2 + ( 3 ⋅ 10 −6 )2 + ( 2 ⋅ 10 −10 )2 ≅ 3 ⋅ 10 −6 . Сравнение ±δF и ±δТ доказывает, что рационально использовать данное средство измерений в режиме измерения периода. Измеряемый период Т находится в интервале: Тпок - εт ≤ Т ≤ Тпок +εт Рассчитаем ±εт: ±εт = Тпок ⋅ δт ≅ 50⋅3⋅10-6 ≅ 0,150 мс; 49,000850 мс ≤ Т ≤ 50,000150 мс Задание 5 Напряжение переменного тока частотой порядка 1 кГц измеряется на выходе резистивного делителя напряжения R1 - R2 с помощью вольтметра, особенности схемного решения, градуировки шкалы, а также основные метрологическое характеристики которого указаны в табл.10, где тип детектора: А - пиковый, КВ среднеквадратический, СВ - средневыпрямленного значения; вид входа: О - открытый; З - закрытый. Градуировка шкалы: Um - в пиковых значениях напряжения любой формы; Uск - в среднеквадратических значениях напряжения любой формы; Usin - в среднеквадратических значениях напряжения синусоидальной формы; Rвх - активная составляющая входного сопротивления данного вольтметра.

30

Таблица 10 Данные 0 Тип детектора Вид схемы входа Градуировка шкалы Класс точности

1

Последняя цифра шифра 3 4 5 6

2 КВ 3

0

А 3

Usin 2,5

2,5 2,5

4,0

2,5/0,5

103 102

Rвх , кОм R1(R2), кОм

9

3

Uск 1,0/0,5

8

СВ

0

1,5 1,5

7

Um 2,5

4,0 4,0

2,5/1,5

104 103

4,0

5⋅103 5⋅102

Определить пиковое, среднеквадратическое или средневыпрямленное значение напряжения на выходе делителя напряжения, если напряжение имеет вид: - однополярных пилообразных импульсов (ОПИ); - однополярных импульсов прямоугольной формы со скважностью 3 (ОИ); - двухполярных импульсов прямоугольной формы со скважностью 2 (ДИ); - двухполярных импульсов треугольной формы со скважностью 2 (ТИ). Форма исследуемого сигнала, показание вольтметра uпок , предельное значение его шкалы uпред и определяемое значение напряжения приведены в табл.11. Нестабильностью резисторов делителя R1(R2) пренебречь. Таблица 11

490

84,5

57,5

125

ДИ

184

145

Пиковое

150

Средневыпрямленное

Пиковое

9 ОПИ

ТИ

500 272

8 ОИ

ОПИ

Пиковое

185

Среднеквадратическое

295

ОИ

Среднеквадратическое

ДИ

Средневыпрямленное

ТИ

300 125

Пиковое

Определяемое значение напряжения

1 ОПИ

Среднеквадратическое

Форма сигнала uпред, В uпок, В

0 ОИ

Предпоследняя цифра шифра 2 3 4 5 6 7

Средневыпрямленное

Данные

31

Указание Для решения задачи необходимо вспомнить, что понимается под пиковым, среднеквадратичным и средневыпрямленным значениями периодического сигнала, а также понятия коэффициента амплитуды и формы сигнала ( [2], с. 50…51). Из анализа схемных особенностей вольтметра следует выяснить, на какое значение сигнала будет реагировать детектор вольтметра ( [2], с. 75…83) и какой коэффициент был использован при градуировке шкалы вольтметра. Все вышесказанное позволит определить аналитическую зависимость между показанием вольтметра и любым значением напряжения периодического сигнала. Любое значения напряжения с учетом класса точности вольтметра находится в пределах:

(u ( (u (u

пок ) m ( пок ) св ( пок ) ск

) )

( ( (

) ) )

+ θ - ε ≤ u m ≤ u (mпок ) + θ + ε, + θ - ε ≤ u св ≤ u (свпок ) + θ + ε , + θ ) - ε ≤ u ск ≤ u (скпок ) + θ + ε,

где um(пок) , uсв(пок), uск(пок) - соответствующие значения напряжения, определенные по показанию; θ - абсолютная детерминированная поправка к показаниям вольтметра; ±ε - максимально допускаемое абсолютное отклонение показания от измеряемого значения напряжения. При R1 = R2 = R абсолютная поправка может быть определена по формуле: θ=

R R вх ⋅ u пок . 2 + R R вх

Пример: тип детектора - СВ; вид схемы входа - О; градуировка шкалы - Usin; класс точности вольтметра 2,5 ; Rвх , МОм … 50; R1(R2) = R , Ом …5; форма сигнала … ОПИ; uпред , В … 500; uпок , В … 184. Решение Необходимо определить пределы, в которых находится средневыпрямленное значение напряжения.

32

При использовании любого вольтметра переменного тока справедливо тождество: показание всегда соответствует такому значению исследуемого сигнала, каков в вольтметре детектор. В данном случае: u пок ≡ u (свпок ) . Переход от тождества к равенству осуществляется с помощью градуировочного коэффициента: u пок = 1,11u (свпок ) . Отсюда средневыпрямленное значение, определенное по показанию:

u (свпок ) = Средневыпрямленное находится в интервале:

u пок . 1,11

значение

исследуемого

сигнала

 u пок  u  + θ  − ε ≤ u св ≤  пок + θ  + ε .   1,11   1,11  Рассчитаем абсолютную детерминированную поправку к показаниям вольтметра:

R 5 R вх θ= ⋅ u пок = 50 ⋅ 184 ≅ 9В. 5 R 2+ 2+ 50 R вх Рассчитаем ±ε : ±ε = Uпред ⋅ р ⋅ 10-2 = 500 ⋅2,5 ⋅10-2 ≅ 12В. Таким образом:

  184   184 + 9  + 12. + 9  − 12 ≤ u св ≤     1,11   1,11 167 ≤ u св ≤ 191 (В).

33

Содержание 1.Цели и задачи изучения дисциплины . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.Структура дисциплины . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.Содержание дисциплины . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.Рабочая программа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.Тематический план лекций для студентов очно-заочной формы обучения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.Темы лабораторных занятий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.Перечень тем практических занятий . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.Перечень учебной и учебно-методической литературы . 3.6.Тестовые задания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4. Методические указания к изучению дисциплины . . . . . . . 5. Задание на контрольную работу . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 3 4 4 9 9 10 10 10 12 12

Редактор М.Ю. Комарова Сводный темплан 2001 г. Лицензия ЛР №020308 от 14.02.97 __________________________________________________________ Подписано в печать Формат 60х84 1/16 Б.кн.-журн. П.л. 2,25 Б.л. 1,125 РТП РИО СЗТУ. Тираж Заказ ___________________________________________________________ Северо-Западный государственный заочный технический университет РИО СЗТУ, член Издательско-полиграфической ассоциации вузов Санкт-Петербурга 191186, Санкт-Петербург, ул. Миллионная, 5