Файл: Шумилин Н.П. Специальные измерения в проводной связи учебник.pdf

В технике проводной связи измерения напря­ жений или уровней по напряжению проводят значитель­ но чаще, чем измерения токов, поскольку при измерениях напряжения значительно проще выполнить основное тре­ бование ко всякому измерительному прибору: его вклю­ чение не должно изменять значения измеряемой величи­ ны и режима работы в исследуемой цепи.

Такое требование выполнимо только в том случае, ес­ ли сопротивление включаемого для измерений прибора обеспечивает достаточно малое потребление последним энергии. Сопротивление измерителя тока, включаемого последовательно, должно быть достаточно мало по срав­ нению с сопротивлением цепи, а сопротивление измерите­ ля напряжения (уровня по напряжению), включаемого параллельно некоторому сопротивлению, должно быть достаточно большим сравнительно с этим сопротивлени­ ем (см. задачи № 132 и № 137). Такое соотношение соп­ ротивлений должно сохраняться во всем диапазоне ча­ стот, в котором 'проводят измерения. Поэтому для изме­ рений в технике связи весьма существенной оказывается малая зависимость сопротивлений (и показаний) прибо­ ров от частоты.

Из измерителей токов этому требованию в достаточ­ ной степени удовлетворяют только приборы термоэлек­ трической системы. Однако в силу присущей этим прибо­ рам неспособности выдерживать даже незначительные (иногда 20%) перегрузки они не могут широко использо­ ваться в повседневной эксплуатации без надежных за­ щитных устройств. Если при этом учесть, что включение последовательно в работающую цепь связи измерителя

•191

тбка сопряжено с некоторым, хотя и кратковременным, разрывом цепи, то понятно стремление обойтись при кон­ троле работы цепей и аппаратуры связи измерителями напряжений, включаемыми параллельно и не нарушаю­ щими режима цепей.

Измерители токов в большинстве случаев использу­ ют как постоянно включенные в цепь приборы, особенно часто в цепях питания.

Что касается требований достаточно малой погреш­ ности измерений, достаточно большой чувствительности прибора и дешевизны, то в зависимости от назначения и области применения приборов они могут быть весьма различны.

Следует иметь в виду, что, кроме основной погрешно­ сти измерительного прибора, часто приходится учиты­ вать дополнительные погрешности от: изменения частоты, изменения напряжения источников питания, переключе­ ния шкал, смены ламп и изменений температуры.

Очевидными требованиями к каждому измерительно­ му прибору являются нужный диапазон измеряемых ве­ личин и длительный срок службы. Желательны удобства пользования прибором: непосредственный (в некоторых случаях цифровой, автоматический) отсчет, равномер­ ность шкалы, простота изменения диапазона измеряемых величин, удобные габариты и т. д.

При измерениях, где требуется высокочувствительный, но дешевый и удобный индикатор в диапазоне звуковых частот, находит применение телефон. Он реагирует на то­ ки порядка ІО-5 А, способен быть до некоторой степени избирательным индикатором, часто используется как ин­ дикатор нуля в мостовых схемах и весьма удобен для проверки («прозвонки») разнообразных схем по цепям и блокам. Телефон нередко используют как нулевой инди­

10.2.Термоэлектрические приборы

Втехнике связи для измерения постоянных то­ ков в основном применяют магнитоэлектрические прибо­ ры; для измерений токов промышленной частоты — элек­ тромагнитные приборы; для измерения же токов звуко­ вых и более высоких частот — магнитоэлектрические приборы с термоэлектрическими или полупооводниковыми преобразователями.

1 9 2

Термоэлектрический преобразователь представляет собой (рис. 10.1) соединение двух или нескольких, поме­ щенных в вакуум, проволочек из разнородных металлов

а) контактным по­ догревателем; б) бесконтактным подогревателем

гревателя. Два других конца этих проволочек (соединен­ ные с достаточно массивными пластинками для сохране­ ния ими температуры окружающей среды) подключены к магнитоэлектрическому прибору.

Электродвижущая сила термопары вызовет ток через прибор, зависящий от температуры нагрева спая, кото­ рая, в свою очередь, зависит от квадрата силы тока, по­ догревающего места спая. Таким образом, показания прибора определятся действующим значением тока, про­ ходящего через подогреватель (шкала прибора квадра­ тичная). Показания прибора, в принципе, не зависят от частоты тока и при любой форме его кривой соответст­ вуют эффективному значению измеряемой величины то­ ка или напряжения.

Некоторая зависимость от частоты (особенно на высо­ ких частотах) возникает за счет паразитных емкостей между прибором и землей, а также из-за некоторой (весьма малой) индуктивной составляющей сопротивле­ ния подогревателя и термопары. Для уменьшения влия­ ния емкостей рекомендуется включать прибор таким об­ разом, чтобы потенциал точки включения іприбора отно­ сительно земли был минимальным (см. задачи №№ 143, 144, 147). Диапазон'измеряемых токов — от сотен ам­ пер до миллиампер, при меньших токах термоэдс оказы­ вается недостаточной.

' Из-за неспособности термоэлектрических приборов выдержать даже незначительную перегрузку, их приме­ няют, главным образом, при лабораторных измерениях, когда квалификация измеряющего позволяет ожидать своевременного предупреждения перегрузок (путем стро­ гого соблюдения порядка включения шунтов или доба­

вочных сопротивлении). В некоторых приборах для уст­ ранения опасности перегрузок применяют автоматические устройства защиты.

Погрешность измерений для лучших термоприборов может быть получена не превосходящей 0,5% в диапазо­ не частот до 10 МГц и і-,5% для частот порядка сотен мегагерц.

Для увеличения входного сопротивления термоприбо­ ра, используемого как вольтметр, часто использу­ ют катодный повторитель (рис. 10.2). Входное сопро­ тивление такой схемы мо­ жет быть принято равным

10.3. Приборы с полупроводниковыми преобразователями

Измерительные механизмы магнитоэлектриче­ ской системы, будучи сопряжены с полупроводниковыми преобразователями, применяются для измерения токов и, главным образом, напряжений в диапазоне частот от десятков герц до мегагерц.

При широко распространенном линейном детектирова­ нии, когда вольтамперная характеристика полупроводни­ кового элемента может быть представлена линейно ло­ маной, -показания прибора пропорциональны средневып­ рямленному значению измеряемого тока или напряжения. Если же в диапазоне измеряемых величин характеристи­

ка полупроводникового эле­ мента представляется пара­ болой (или кусочно-лома­ ной кривой, близкой к пара­ боле), то показания прибо­ ра пропорциональны дейст­ вующему значению измеря­ емого напряжения и детек­ тирование считается квад­ ратичным.

194