Файл: Терсин, В. Я. Радиоэлектроника и радиотехнические измерения учебник для школ техников ВМФ.pdf

К л а с с и ф и к а ц и я р а д и о и з м е р и т е л ь н ы х п р и б о р о в . По назначению радиоизмерительные при­ боры общего применения разделяются на группы, каж­ дая из которых состоит из нескольких подгрупп. Для обозначения каждой группы приборов ей присвоена определенная буква, а подгруппе — номер.

Группа определяет назначение прибора по основ­ ной измеряемой физической величине. Например, В-при- боры для измерения напряжения и тока, М-приборы для измерения мощности, Х-приборы для наблюдения и ис­ следования характеристик радиоустройств и т. д.

Внутри каждой группы классификация определяется специфическими особенностями приборов. Например, группа И-приборы для импульсных измерений имеет че­ тыре подгруппы: 1-я — установки для проверки им­ пульсных приборов; 2-я — измерители временных ин­ тервалов; 3-я — счетчики числа импульсов; 4-я — ампли­ тудные анализаторы импульсов.

Условное обозначение радиоизмерительного прибора складывается из буквенного значения группы, номера подгруппы и порядкового номера данного прибора в своей подгруппе. Например, гетеродинный частотомер имеет условное обозначение 44-1.

В случае модернизации или усовершенствования прибора к его условному обозначению добавляется бук­ ва А, а при последующей модернизации соответственно Б и т. д. Например, модернизированный генератор стан­ дартных сигналов обозначается Г4-1А.

Комбинированные приборы классицируются по основ­ ной измеряемой или выдаваемой ими величине. Для их отличия после обозначения группы ставится буква К. Например, ампервольтметр ВК7-1 (относится к группе приборов для измерения напряжений).

Комплект приборов относят к той группе, к которой относится основная величина, измеряемая или выдавае­ мая этим комплектом. Для обозначения его вместо но­ мера подгруппы ставится нуль.

По точности радиоизмерительные приборы разделя­ ются на к л а с с ы . Класс ■точности численно опреде­ ляется наибольшей допустимой величиной основной при­ веденной погрешности. Классы точности и их количество установлены для различных групп радиоизмерительных приборов,, Многопредельные приборы могут иметь

214

различные классы точности отдельных пределов из­ мерений.

По принципу действия радиоизмерительные приборы разделяются в соответствии с примененной схемой, на­ пример ламповые, полупроводниковые и т. п.

Принцип классификации по способу отсчета по усло­ виям эксплуатации и по конструкции. аналогичен элек­ троизмерительным приборам.

§ 2. Измерение тока

При измерениях тока амперметр включается в раз­ рыв цепи. Измеритель следует включать в месте наи­ меньшего потенциала измеряемой цепи относительно

Рис. 15.1. Схемы подключения амперметров:

а —неправильное; б —правильное

земли (рис. 15.1). Особенно это важно при измерениях тока высокой частоты, так как через'паразитные емко­ сти Со появляется значительная утечка тока и в пока­ зания амперметра вносится существенная ошибка.

Рис. 15.2. Схема подключения вольт­ метра

В аппаратуре связи применяется настройка каскадов по катодному току электронных ламп. Ток измеряется индикатором методом измерения падения напряжения на известном сопротивлении (рис. 15.2).

215

При условии, что сопротивление вольтметра много больше сопротивления катодной нагрузки, которое изве­ стно, на последнем падает напряжение, обратно пропор­ циональное току. По положению движка переменного резистора индикатор отградуирован в единицах измере­ ния силы тока. Для устранения влияния измерителя на режим работы каскада его подключают к катодной цепи только на время настройки через контакты реле, кото­ рое срабатывает от переключателя настройки.

В высокочастотных цепях радиоэлектронных уст­ ройств для контроля аппаратуры измеряют среднее зна­ чение импульсов тока (постоянную составляющую им­ пульсного колебания). На рис. 15.3 представлена прин­ ципиальная измерительная схема тока смесителя. В цепь тока кристалла включен микроамперметр постоянного тока, зашунтированный по высокой частоте широкопо­ лосным фильтром. Аналогично измеряется ток магне­ трона. Чтобы изолировать измерительный прибор от вы­ сокого напряжения, подаваемого на магнетрон, и рас­ ширить пределы измерения, используются измеритель­ ные трансформаторы тока (рис. 15.4). Первичной об­ моткой трансформатора является провод, по которому протекает им-пул-ьсный ток. Однослойная вторичная об­ мотка (несколько витков) равномерно намотана на торроидальном ферритовом сердечнике и замкнута нако­ ротко. На частотах порядка килогерц и выше между то­ ками первичной и вторичной обмоток Д и /2 существует пропорциональная зависимость, характеризуемая коэф­

фициентом трансформации К — -4- (при постоянной на-

*2

грузке К —const). Откуда Ii = Kh-

Следовательно, значение измеряемого тока можно получить умножением показания амперметра на коэф­ фициент трансформации. Допустимые пределы измене­ ния тока магнетрона по показаниям встроенного прибо­ ра даются в инструкциях по эксплуатации аппаратуры или на шкале прибора закрашивается сектор.

На высоких частотах измерения тока возможны так­ же термоэлектрическим, тепловым и электродинамиче­ ским способами.

Термоэлектрический способ измерения тока основан на преобразовании тока высокой частоты в постоянный ток, обусловленный термоэлектродвижущей силой, воз-

216

никающей при нагревании спая термопары. Измерения тока термоэлектрическими амперметрами могут произ­ водиться в широком диапазоне частот от десятков Гц до сотен МГц. В качестве измерителя используется чув­ ствительный прибор магнитоэлектрической системы с термопреобразователем (рис. 15.5). Термопреобразова­ тель имеет подогреватель П из материала с высоким удельным сопротивлением (нихром) золото — паладий), включенный в цепь измеряемого тока, и термопару Т из двух разнородных проволочек, спаянных в точке. Про­ водники термопары изготовляются из металлов, значи­ тельно различающихся по своим термоэлектрическим свойствам (железо — константан, хромель — копель и др.). Для уменьшения потерь тепла на излучение и повышения чувствительности термопреобразователь изт готовляется в стеклянном баллоне, в котором создан ва­ куум. Чувствительность повышается также при исполь­ зовании термообразователя, содержащего несколько термопар, соединенных между собой. Если термопара имеет контакт с подогревателем, то термопреобразова­ тель называют контактным. Если же термопара разде­ лена изолятором в виде бусинки из стекла или фарфо­ ра, то термопреобразователь бесконтактный.

При прохождении по подогревателю измеряемого тока в результате нагрева спая возникает термоэ. д. с., которая создает в цепи измерителя постоянный ток. Тер­ моэ. д. с. пропорциональна квадрату измеряемого тока. Следовательно, она может быть мерой силы тока. Из­ меритель отградуирован в действующих значениях тока; шкала его имеет квадратичный характер.

Для расширения пределов термоамперметров на вы­ соких частотах используются трансформаторы тока и емкостные шунты.

Термоэлектрический способ измерения тока находит применение при настройке и контроле режимов колеба­ тельных контуров и антенных цепей радиопередатчиков.

Для измерений в дециметровом диапазоне изготов­ ляются термоэлементы специальной конструкции, у ко­ торых сопротивление термоэлемента по высокой частоте согласовано с коаксиальной линией, в которой изме­ ряется ток.

Тепловой способ измерения тока основан на явлении удлинения металлической нити, нагреваемой измеряе­

218

мым током. Этот способ не нашел применения на СВЧ, так как связан с большим потреблением мощности теп­ ловыми амперметрами.

Электродинамический способ измерения тока осно­ ван на явлении механического действия переменного магнитного поля на замкнутый виток. Электродинами­ ческие амперметры из-за большой чувствительности к внешним механическим и магнитным воздействиям так­ же н'е нашли применения в практике эксплуатации аппа­ ратуры. Они применяются для градуировки измерителей тока в лабораторных и цеховых условиях.

§ 3. Измерение напряжения

Измерения производятся вольтметрами, подключае­ мыми параллельно участку цепи, на котором замеряет­ ся падение напряжения. Измерением напряжения Фа

рены амплитудные (пиковые), действующие (эффектив­ ные) и средние значения переменных напряжений.

Амплитудным значением напряжения Um, или просто амплитудой, называется максимальная величина из всех мгновенных значений синусоидального колебания за пе­ риод (рис. 15.6).

Пиковым значением напряжения - называется наи­ большее мгновенное значение в положительной или от­ рицательной полуволне несинусоидального колебания.

Действующим, или эффективным, значением напря­ жения называется среднеквадратичное из всех мгновен­ ных значений за период.

219

Средним значением напряжения t/cp называется среднее арифметическое абсолютных величин мгновен­ ных значений за период. Среднее значение часто назы­ вают постоянной составляющей.

Все стрелочные вольтметры, кроме специально пред­ назначенных для измерения импульсных напряжений, градуируются в действующих значениях синусоидаль­ ного напряжения.

Величина входного сопротивления вольтметра дол­ жна быть во много раз больше сопротивления, на кото­ ром производится измерение напряжения, а входная емкость минимальна. Обычно /?Вх больше Яцв 50—100 раз, а Свх не более 2—20 пФ. Высокое входное сопротивле­ ние и малая входная емкость обеспечиваются у боль­ шинства типов вольтметров путем включения во вход­ ной цепи катодного повторителя.

На величину входного сопротивления оказывает влияние линия, с помощью которой прибор соединяется с измеряемой цепью. Длина этой линии обычно не пре­ вышает 2 м. Однако при измерениях на высоких и сверхвысоких частотах это приводит к заметному сни­ жению входного сопротивления. Поэтому в диапазоне выше 1 МГц катодный повторитель размещают в вынос­ ной головке, уменьшая этим длину соединительной ли­ нии до нескольких сантиметров. В диапазоне СВЧ, когда длина соединительной линии соизмерима с длиной волны, выходной сигнал детектируется в выносной го­ ловке.

Среди различных систем вольтметров в технике ра­ диоизмерений самое широкое применение нашли вольт­ метры выпрямительной и электронной систем,

П р и б о р ы в ы п р я м и т е л ь н о й с и с т е м ы . В приборах выпрямительной системы измеряемые токи и напряжения преобразуются с помощью полупроводнико­ вых выпрямителей в постоянный чток, регистрируемый магнитоэлектрическим измерителем. В качестве выпря­ мительных элементов применяются купроксные (медно­ закисные) выпрямители, плоскостные и точечные герма­ ниевые и кремниевые диоды. Вследствие небольшой ста­ бильности параметров выпрямителей и значительной входной емкости эти приборы имеют класс точности не выше 1,5 и используются для измерений на частотах не более 5—10 кГц. При использовании высокочастотных

220

германиевых и кремниевых диодов и чувствительных из­ мерителей (микроамперметров) частотный диапазон не­ которых приборов достигает десятков мегагерц.

Простейшая схема детекторного вольтметра пред­ ставлена на рис. 15.7, а. Рабочий элемент Д\ преобра­ зует переменный ток в пульсирующий. Для уравновеши­ вания входного сопротивления при положительном и от­ рицательном полупериодах и замыкания цепи постоян-

Рис. 15.7. Схемы детекторных вольтметров

ной составляющей выпрямленного тока включен шунти­ рующий диод Дг- Добавочный резистор /?д увеличивает сопротивление вольтметра, его сопротивление значитель­ но больше сопротивления любого выпрямительного эле­ мента Ri\ им можно изменить пределы измерения на­ пряжения. Ток через измеритель в основном опреде­ ляется приложенным напряжением и добавочным сопро­ тивлением:

Микроамперметр регистрирует среднее значение вы­ прямленного тока.

Наиболее часто используется мостовая схема вклю­ чения выпрямительных элементов (рис. 15.7,6), в кото­ рой происходит двухполупериодное выпрямление, благо­ даря чему чувствительность увеличивается в два раза.

Диапазон рабочих частот детекторных вольтметров

221