Файл: Ответы по метрологии 1-40.doc

22. Многозначные меры. Измерительные генераторы. Калибры. Rlc магазины.

Ме́ра физи́ческой величины́ (мера величины, мера) — средство измерений в виде какого-либо тела, вещества или устройства, предназначенное для воспроизведения и хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров,значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью

• Однозначная мера — мера, воспроизводящая физическую величину одного размера (например, гиря 1 кг)

• Многозначная мера — мера, воспроизводящая физическую величину разных размеров (например, штриховая мера длины)

• Набор мер — комплект мер разного размера одной и той же физической величины (например, набор концевых мер длины)

• Магазин мер — набор мер, конструктивно объединенных в единое устройство (например, магазин электрических сопротивлений)

• Стандартный образец — мера в виде вещества, при помощи которой размер физической величины воспроизводится как  свойство или как состав вещества, из которого изготовлен стандартный образец

Измери́тельный генера́тор (генератор сигналов, от лат. generator производитель) — мера для воспроизведения электромагнитного сигнала (синусоидального, импульсного, шумового или специальной формы). Генераторы применяются для проверки и настройки радиоэлектронных устройств, каналов связи, при поверкеи калибровке средств измерений и в других целях.

Устройство и принцип действия. Общие сведения

Генератор является радиоэлектронным устройством, в зависимости от вида сигнала содержащий разные функциональные узлы. Общими узлами, для разных видов генераторов, являются: источник исходного сигнала (перестраиваемый автогенератор или кварцевый синтезатор частоты), усилители, выходные формирователи сигнала, выходной аттенюатор, цепи управления, цепи стабилизации выходного уровня и блок питания. Дополнительно в составе генератора могут быть различные модуляторы, формирователи временных интервалов и другие компоненты. В некоторых генераторах форма выходного сигнала синтезируется цифровым методом, с помощью ЦАП. Существуют также генераторы сигнала оптического диапазона, их работа основана на принципах квантовой электроники.

Классификация

По ГОСТ 15094 генераторы подразделяются на 6 видов: низкочастотные, высокочастотные, импульсные, сигналов специальной формы, шумовых сигналов и качающейся частоты. Однако, следует учитывать, что классификационные границы условны, некоторые генераторы занимают промежуточное положение между низко- и высокочастотными, некоторые бывают комбинированными по виду сигнала. Для оптических генераторов существует аналогичная классификация. Кроме генераторов стандартизованных видов бывают генераторы отраслевого назначения (в составе контрольно измерительной аппаратуры).

• Г2 — генераторы шума, имитируют белый или розовый шум.

  • ПРИМЕРЫ: Г2-37, Г2-47, Г2-59

• Г3 — генераторы низкой частоты, обычно от 20 Гц до 200 кГц, реже до 2 или 10 МГц, модуляция сигнала в генераторах производства до 80-х гг, как правило, не предусмотрена.

  • ПРИМЕРЫ: Г3-102, Г3-109, Г3-118, Г3-119, Г3-122

• Г4 — генераторы высокой частоты, предназначены для работы в радиочастотном диапазоне с различными видами модуляции.

  • ПРИМЕРЫ: Г4-83, Г4-129, Г4-153, Г4-154, РГ4-14, РГ4-17-01А, Г4-219, Г4-220

• Г5 — генераторы импульсов, воспроизводят последовательности прямоугольных импульсов, некоторые генераторы способны генерировать кодовые импульсные последовательности.

  • ПРИМЕРЫ: Г5-54, Г5-80, Г5-89, Г5-100, Г5-109

• Г6 — генераторы сигналов специальной формы, воспроизводят последовательности импульсов разной формы: треугольной, пилообразной, трапецеидальной и др.

  • ПРИМЕРЫ: Г6-17, Г6-22, Г6-39

• Г7 — синтезаторы частот, используют различные методы синтеза частоты из опорного сигнала, могут иметь в своем составе модуляторы.

  • ПРИМЕРЫ: Г7-14, Г7-15, Г7М-20, Г7М-40

• Г8 — генераторы качающейся частоты

  • ПРИМЕРЫ:

• ОГ — генераторы оптического диапазона

  • ПРИМЕРЫ: ОГ-2-1, ОГ4-163, ОГ5-87

• Генераторы отраслевого назначения — воспроизводят специальные сигналы, например, сложной формы или со сложными комбинированными методами модуляции, манипуляции; наравне с калибраторами предназначены для проверки и настройки определенных видов радиоаппаратуры.

  • ПРИМЕРЫ: И-331 (в авионике), ГКС-69 (в авионике), ГТИС-01 (телевизионный)

Основные нормируемые характеристики

• Диапазон генерируемых частот

• Точность установки частоты и её нестабильность

• Диапазон установки выходных уровней (напряжения или мощности)

• Точность установки выходного уровня, погрешность аттенюатора

• В зависимости от вида генератора могут быть дополнительные параметры — характеристики модуляции, временные характеристики импульсов

Калибратор — специальная эталонная мера, предназначенная для поверки, калибровки или градуировки измерительных приборов, установок методом сличения. Обычно, под калибраторами подразумеваются эталонные источники электро-радиотехнических сигналов, хотя бывают калибраторы, воспроизводящие другие физические процессы или явления с определёнными, точно заданными параметрами.

Некоторые виды калибраторов

Калибраторы мощности СВЧ — для поверки ваттметров, измерителей мощности СВЧ, преобразователей мощности ЭМК колебаний

• Калибраторы напряжения и силы тока — для поверки вольтметров, амперметров, преобразователей электрического сигнала

• Калибраторы электрического сопротивления, ёмкости, индуктивности — для поверки омметров, измерителей иммитанса

• Калибраторы частоты — источники электрического сигнала прецизионной частоты

• Калибраторы осциллографов — импульсные генераторы, прецизионные по амплитуде и частоте. Такое устройство обычно встроено в осциллограф и предназначено для его градуировки по горизонтальному и вертикальному отклонению перед началом работы

• Калибраторы радиовысотомеров, радиодальномеров — линии задержки, имитирующие задержку радиосигнала, при прохождении им определённого расстояния в пространстве

• Калибраторы температуры и давления — для поверки термометров, манометров, барометров

• Акустические калибраторы — прецизионные источники звука для поверки и градуировки шумомеров

23. Электромеханические приборы. Структурная схема и виды приборов.

          Электромеханические приборы относятся к приборам прямого преобразования. Структурная схема этих приборов показана на рис 3.1.

Рис. 3.1.

          Основными функциональными частями  этих  приборов  (рис. 3.1) являются: измерительная цепь ИЦ, измери­тельный механизм ИМ и отсчетное устройство ОУ. Они раз­мещаются в общем корпусе.

          В ИЦ происходит преобразование входного сигнала Х в одну или две промежуточные электрические величины У₁ и У₂  (напри­мер, токи I₁ и I₂  или напряжение U), воздействующие на ИМ. ИЦ может также служить для расширения пределов измерений и компенсации погрешностей.

          В ИМ происходит преобразование электромагнитной энер­гии W_e, обусловленной наличием промежуточных величин У₁ и У₂ , в механическую. ИМ состоит из неподвижной и подвижной частей. Под действием измеряемой величины в измерительном  механизме  создается вращающий момент М_ВР, поворачивающий подвижную часть ИМ. В общем случае вращающий момент зависит  от  измеряемой величины Х  и угла поворота  подвижной части: М_ВР = f(X, ). Для электромеханических  приборов  вращающий  момент  находится как

                        (3.1)

          В зависимости от принципа действия ИМ применяются следующие группы (системы) приборов: магнитоэлектрическая, электромагнитная, электродинамическая, ферродинамическая, электростатическая, ин­дукционная.

          Принцип действия ИМ различных групп приборов основан на взаимодействии: 1) магнитоэлектрических ИМ - магнитных полей постоянного магнита и проводника с током; 2) электро­магнитных - магнитного поля, создаваемого проводником с то­ком, и ферромагнитного сердечника; 3)  электродинамических (и ферродинамических) - магнитных полей двух систем провод­ников с токами; 4) электростатических - двух систем заряженных электродов; 5) индукционных - переменного магнитного поля проводника с током и индуцирован­ных этим полем вихревых токов в по­движном элементе (например, в алю­миниевом диске счетчика электрической энергии переменного тока). В результате подобного взаимодействия в ИМ и создается вращающий момент М_ВР.

          Если бы в ИМ действовал только вращающий момент М_ВР, то подвижная часть ИМ отклонилась бы до упора независимо от значения измеряемой величины. Для того чтобы каждому значе­нию Х соответствовало определенное значение , момент М_ВРуравновешивается противодействующим моментом М_ПР, завися­щим от  и направленным в сторону, обратную М_ВР. В большин­стве приборов момент М_ПР создается спиральными пружинами или растяжками, и в этом случае М_ПР = W :, где W - удельный противодействующий момент пружин или растяжек. В логометрах (приборах для измерения отношения токов) момент М_ПР создается измеряемой величиной Х, и в этом случае М_ПР =f(Х). При установившемся отклонении ₀ подвижной части М_ВР  = М_ПР.

          Отклонения подвижной части ИМ наблюдают с помощью отсчетного устройства ОУ, т. е. части конструкции прибора, предназначенной для отсчитывания значений измеряемой величины. В электромеханических приборах ОУ состоит из шкалы и указа­теля (стрелки или светового указателя). По ОУ определяют показание измерительного прибора Х_П, т. е. значение измеряемой величины в принятых единицах этой величины. Номинально Х_П  = Х. Для соответствия значения Х определенному значению Х_П необходимо, во-первых, чтобы параметры ИЦ, ИМ и ОУ  при  определенных внешних условиях были постоянными и, во-вторых, чтобы отклонения этих параметров при различных внешних условиях вызывали малые изменения показаний, допустимые для данного прибора.

          При отклонении подвижной части прибора механическим толчком от положения равновесия ₀  на угол Δα она снова приходит в положение равновесия под  влиянием устанавлива­ющего момента М_У, равного разности моментов М_ВР  и |-М_ПР|. Момент М_У  всегда направлен в сторону, обратную изменению отклонения подвижной части Δα. Производная от устанавливающего момента по углу отклонения называется удельным устанавливающим моментом М_УУ

 .           (3.2)

          В приборах с креплением подвижной части на кернах этот момент является важной характеристикой, определяющей степень нечувствительности прибора к затираниям. Чем больше у прибора М_УУ, тем меньше у него вариация показания. В магнитоэлектричес­ком приборе М_УУ остается постоянным вдоль всей шкалы прибора и равен удельному противодействующему моменту W. На подвижную часть ИМ кроме М_ВР  и М_ПР  действуют и другие моменты: успокоения М_УСП, трения М_ТР  (в приборах на кернах), инерции М_ИН =J(d²α/dt²).