Об электрических и радиотехнических измерениях

Основные параметры средств измерений

Любой измерительный прибор должен иметь определенные параметры, которые обеспечивали бы получение более точных результатов измерения. К наиболее общим параметрам измерительных приборов относятся:

Чувствительность — отношение изменения сигнала на выходе прибора к вызвавшему его изменению измеряемой величины.

Порог чувствительности — минимальное значение измеряемой величины на входе прибора, при котором еще можно произвести ее отсчет.

Амплитудный диапазон — минимальное и максимальное значения измеряемой величины, измеряемые с заданной точностью.

Входное сопротивление — сопротивление между зажимами прибора, к которым подключается объект измерений. Этот параметр имеет важное значение для вольтметров, осциллографов и других приборов, которые при измерении создают дополнительную нагрузку для исследуемой цепи. Для генераторов этот параметр называется выходным сопротивлением.

Точность измерения — параметр, отражающий близость результата измерения к действительному значению измеряемой величины.

Быстродействие — время установления показаний прибора.

Вид уравнения шкалы — наиболее удобна шкала с линейной зависимостью,

Измерение какой-либо физической величины заключается в определении ее значения с помощью специальных технических средств путем сравнения с некоторым значением этой величины, принятым за единицу.

Все средства, используемые непосредственно при измерении, называют измерительной аппаратурой и делят по характеру участия в процессе измерения на три группы: меры, измерительные приборы и измерительные приспособления. Меры и измерительные приборы подразделяются на образцовые и рабочие.

Образцовые меры и измерительные приборы служат для воспроизведения и градуировки различных мер и измерительных приборов. Те образцовые меры и измерительные приборы, которые предназначены для осуществления и хранения единиц измерения величин с наивысшей достижимой при данном состоянии техники точностью, называют эталонами.

Рабочие меры и измерительные приборы служат для практических целей измерения и делятся на лабораторные и технические. Лабораторные меры и измерительные приборы стоят выше технических, так как при их применении производится учет точности измерения с помощью поправочных таблиц или формул.

В своей практической деятельности радиомеханик использует электрические и радиотехнические измерения для проверки, регулировки, настройки и ремонта бытовой радиотелевизионной аппаратуры. При отыскании простых неисправностей часто ограничиваются измерениями напряжений, токов и сопротивлений. Для нахождения сложных неисправностей, а также настройки и регулировки радиотелевизионной аппаратуры применяют более сложные измерения.

Метрологическая надежность — параметр, зависящий от неявных отказов прибора, связанных с уходом параметров за пределы допуска в течение времени.

Единицы физических величин

В нашей стране с 1 января 1982 г. введен в действие ГОСТ 8.417—81 ГСИ. Единицы физических величин, которым предусмотрен переход на обязательное применение единиц Международной системы (СИ), представляющей собой основу для унификации единиц физических величин во всем мире. Основные единицы этой системы следующие: длина (метр), масса (килограмм), время (секунда), сила электрического тока (ампер), термодинамическая температура (кельвин), количество вещества (моль) и сила света (кандела).

Наряду с основными единицами СИ применяются производные от них, а также десятичные кратные (больше в 10, 100, ... раз) и дольные (меньше в 10, 100, ... раз) единицы. Приведем наименования некоторых основных и производных единиц: электрический ток — ампер (А), электрическое напряжение — вольт (В), электрическая мощность — ватт (Вт), электрическое сопротивление— ом (Ом), электрическая проводимость — сименс (См), электрическая емкость — фарад (Ф), индуктивность — генри (Гн), частота — герц (Гц), время — секунда (с).

Наименования и обозначения десятичных кратных и дольных единиц образуются путем добавления следующих приставок:

Атто (а) 10^-18, фемто (ф) 10^-15, пико (п) 10^-12, нано (н) 10^-9, микро (мк) 10^-6, милли (м) 10^-3, санти (с) 10^-2, деци (д) 10^-1, дека (да) 10, гекто (г) 10², кило (к) 10³, мега (М) 10⁶, гига (Г) 10⁹, тера (Т) 10¹².

Погрешности измерений

Целью измерения являются получение числового значения измеряемой величины и оценка допущенной погрешности. Погрешность; неизбежна даже при самых тщательных измерениях. Поэтому истинное значение измеряемой величины получить невозможно.

Чтобы определить погрешности измерений, вместо истинного применяют действительное А_Д значение измеряемой величины, которое определяется образцовым прибором или как среднее арифметическое А_ср результатов большого числа п измерений:

Абсолютной погрешностью измерения ΔА называется разность между результатом измерения А и действительным значением из меряемой величины А_Д: АΔ = А - А_Д.

Абсолютная погрешность с обратным знаком, называемая поправкой, используется при работе с лабораторными приборами.

Применение абсолютной погрешности для оценки точности измерения неудобно, поскольку она неодинакова на разных пределах измерений. Поэтому абсолютную погрешность сравнивают с одним из полученных значений измеряемой величины, т. е. определяют относительную погрешность.

Различают действительную относительную погрешность Y_Д%, которая определяется как отношение абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой величины:

Y_Д = (ΔА/А_Д) 100, и приведенную относительную погрешность Y_Д %, которая определяется как отношение абсолютной погрешности к максимально возможному значению измеряемой величины А_пр т. е. к верхнему пределу измерений:

Y_пр = (ΔА/А_пр) ∙ 100

Если используются многопредельные приборы, то необходимо выбирать такой предел измерений, при котором отклонения указателя индикатора располагаются ближе к концу шкалы. При этом действительная погрешность близка к приведенной. При установке указателя в начале шкалы резко возрастает действительная погрешность при неизменной приведенной.

Точность измерительных приборов оценивается по наибольшему значению допустимой погрешности, которая указывается на шкале и в паспорте прибора в виде абсолютной, действительной или приведенной погрешностей. Для электроизмерительных приборов наибольшая приведенная погрешность определяет класс их точности. Установлено девять классов точности: 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0.

Радиоизмерительные приборы не имеют класса точности, поскольку в некоторых из них отсутствует стрелочный индикатор, а там, где он есть, на его показания влияет электронная схема, с которой он используется. Для оценки точности радиоизмерительных приборов применяются абсолютная и относительная погрешности.

Абсолютная погрешность прибора указывается в виде одного значения (например, ±1 Гц — уход частоты генератора при колебаниях сети) или в виде суммы, двух значений, из которых одно зависит, а другое не зависит от измеряемой величины (например, 0,1 F +4 , Гц,— погрешность установки частоты следования импульсов генератора).

Относительная погрешность прибора указывается в процентах одним значением (например, ±6%,— погрешность вольтметра при измерении переменного напряжения) или в виде суммы двух значений, из которых первое определяет погрешность при больших измеряемых величинах, а второе при малых (например, 1 + 6R,%,— погрешность универсального моста при измерении сопротивлений).

В зависимости от условий измерения абсолютная и относительная погрешности могут быть основными и дополнительными. Основная — это погрешность прибора, который работает при нормальных условиях (температуре, влажности, давлении). Основная погрешность зависит от конструктивных особенностей прибора, качества его изготовления, точности градуировки шкалы и пр. Дополнительная — это погрешность прибора, работающего в условиях, отличных от нормальных. Значение дополнительной погрешности указывают в виде слагаемого к основной погрешности или поправочного множителя к результату измерений.

В зависимости от причин возникновения погрешности разделяют на систематические и случайные. Первые обусловлены неточностью градуировки шкал приборов, их неисправностью, влиянием механических, тепловых или иных факторов. Эти погрешности повторяются при последующих измерениях, их можно обнаружить и исключить при обработке результатов измерения. Случайные погрешности возникают по многим причинам, учесть которые невозможно (например, нерегулярные колебания напряжения источников питания, случайные изменения внешних условий и т. д.).

При неоднократных измерениях случайные погрешности получаются различными как по значению, так и по знаку. Для уменьшения влияния случайных погрешностей на результат измерения необходимо повторить измерения п раз, рассчитать среднее арифметическое результатов измерения А_ср и принять его как действительное значение. Для оценки влияния случайной погрешности используют среднюю квадратическую погрешность о, которую рассчитывают по формуле

Чем меньше средняя квадрэтическая погрешность, тем точнее измерение и меньше влияние случайной погрешности на результат измерения.