Главная Измерительная установка - комплекс средств измерений



измерения в электронике

Научно-технический прогресс связан с внедрением в народное хозяйство страны все более совершенных, автоматизированных машин, станков, технологических процессов, систем связи и управления. В большинстве своем все они основаны на применении электроники и радиоэлектроники. Любое электронное устройство может быть разработано и изготовлено только с применением многих типов средств измерений: напряжения и силы тока, частоты и фазы электромагнитных колебаний, их спектральных характеристик и многих других параметров и характеристик. Более того, при производстве электронных устройств все больший удельный вес занимают измерения. Например, при производстве изделий микроэлектроники измерения составляют до 50% всех операций, выполняемых при изготовлении одного изделия. Несомненно, что при этом приходится использовать высокоточные, как правило, автоматизированные приборы. Особую роль играют измерения в эксплуатации современных сложных электронных систем.

В настоящее время значительная часть сложных электронных систем при эксплуатации ежедневно требует измерений многих параметров и характеристик электронных компонентов, блоков. Опыт показьгвает, что происходящее усложнение современных автоматизированных электронных систем (при достижении новых, высокоэффективных показателей) приводит к увеличению требований как к качеству, так и количеству измерений, в том числе к точности измерений различных физических величин, диапазону измеряемых параметров, чувствительности и быстродействию средств измерений. Если при производстве электронных систем можно пользоваться для измерений так называемыми лабораторными приборами, то для поддержания -в работоспособном состоянии этих же систем при эксплуатации необходимы высоконадежные приборы, способные часто работать в полевых условиях. Эти условия связаны с высокими и низкими температурами, ударами и вибрациями (например, автомобильная, корабельная аппаратура), мешающими процессу измерений, посторонними электромагнитными излучениями и др.

В связи с этим всегда приходится решать трудную задачу: как создать высокоточные средства измерений, которые должны быть не слишком дороги и в то же время удовлетворять жестким требованиям условий эксплуатации электронных систем. Эта задача в настоящее время начинает решаться путем применения в качестве комплектующих изделий средств измерений изделий микроэлектроники.

В предлагаемом читателю справочном издании изложены современные методы и средства измерений параметров и характеристик электронных систем с учетом того, что в настоящее время к федствам измерений предъявляются требования по автоматизации процесса измерений, а в ряде случаев и обработки результатов измерений. В последнее время широкое применение получили микропроцессоры, встраиваемые в средства измерений и позволяющие автоматизировать значительное число операций: установку нуля, калибровку, самопроверку, выбор пределов измерений, многократное повторение измерений параметра, обработку результатов измерений с возможностью последующей индикации как среднего значения измеренного параметра, так и погрешности измерения и др.

Часто специалисты, которые используют средства измерений при производстве и эксплуатации электронных систем, к сожалению, забывают, что современное средство измерений - это также достаточно сложное устройство, которое для поддержания работоспособности, а следовательно, для сохранения точности измерений, производимых с его помощью, требует соответствующего ухода (профилактики) и, главное, своевременной поверки метрологических характеристик. Известно много случаев, когда неисправные электронные системы (внешне работоспособные) признавались исправными по результатам измерений параметров с помощью неисправных (внешне работоспособных) средств измерений.

Уход метрологических характеристик средств измерений некоторое время может быть не замечен: прибор дает показания измеряемых величин, но точность этих показаний не соответствует паспортным данным



Предисловие

прибора и, таким образом, предопределяет ложный результат измерения того или иного параметра контролируемой электронной системы. В связи с этим в книге определенное внимание уделено особенностям метрологического обеспечения федств измерений. Практически каждый раздел книги, посвященный тому или иному виду измерений, содержит рекомендации по поддержанию нормируемых метрологических характеристик приборов в требуемых пределах.

В таком систематизированном изложении подобные вопросы в справочной литературе ранее не публиковались.

Раздел 1 и предисловие написаны

В. А. Кузнецовым, разд. 2 - Б. Е. Редькиным и Е. И. Кондюковой, разд. 3, 6, 8, 9, 12 - В. А. Долговым, разд. 4 - В. П. Салюком, разд. 5, 10 - Р. А. Рязановой, разд. 7 -

B. Н. Наумовым, разд. 11 - С. В. Дунюшиным, разд. 13 - А. Н. Почепой и В. М. Коневских, разд. 14 - А. Г. Герасимовым, разд. 15 - А. Н. Почепой, разд. 16 - Л. Е. Элианом и

C. Ф. Лобатым.

Авторы выражают искреннюю признательность В. С. Насонову, взявшему на себя труд по рецензированию рукописи справочника и высказавшему ряд очень полезных замечаний и предложений, которые учтены при подготовке рукописи к изданию.



РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ИЗМЕРЕНИЙ В ЭЛЕКТРОНИКЕ

1.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

и ТЕРМИНЫ В ТЕОРИИ И ПРАКТИКЕ ИЗМЕРЕНИЙ

Одним из важных понятий в теории и практике измерений является понятие физической величины, под которой понимают в качественном отношении общее, присущее многим физическим объектам свойство, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них. Так, в любом .электронном устройстве электрическое напряжение представляется как общее свойство, как физическая величина, единицей которой является вольт. В каждом узле, блоке конкретной электронной системы электрическое напряжение в некотором, определенном количестве вольт является значением параметра данного узла, блока или, в общем случае, значением физической величины.

Для возможности установления различия в количественном содержании свойства конкретной системы, отображаемого физической величиной, употребляю! понятие размера физической величины. Между размером физической величины и ее значением имеется принципиальное различие. Если обозначить измеряемую величину через и, единицу измерения через V, а их отношение через п, то и - nV. При этом значение величины и не зависит от размера единицы измерения, а числовое значение п полностью определяется ее выбором. Например, приняв за единицу измерения напряжения F = 1 В, при напряжении электрической сети и = 220 В получим п = 220. Если за единицу измерения напряжения принять V = ] кВ, то при и = 220 В к = = 0,22. Таким образом, размеры единиц одной и той же физической величины могут быть различны.

Измерение физической величины представляет собой нахождение ее значения экспериментальным путем с помощью специальных технических средств - федств измерений.

Основные термины и определения даны в соответствии с ГОСТ 16263 - 70 «Государственная система обеспечения единства измерений. Метрология. Термины и определения».

По способу получения числового значения измеряемой величины все измерения делят на прямые, косвенные, совокупные и совместные.

Прямые измерения основаны на методе сравнения измеряемой величины с мерой этой величины или на методе непосредственной опенки значения измеряемой величины по отсчетному устройству федства измерений, шкала которого проградуирована в единицах измеряемой величины. Примерами прямых измерений являются измерения длины линейкой (линейка является средством измерения длины), измерения силы тока амперметром, частоты резонансным частотомером и т. д.

Косвенные измерения являются более сложным видом измерений, результат которых получают после прямых измерений величин, связанных с измеряемой величиной известной зависимостью. Так, измерение электрического сопротивления в цепи постоянного тока производится путем прямых измерений силы тока амперметром и напряжения вольтметром с последующим вычислением искомого значения сопротивления.

Косвенные измерения в ряде случаев позволяют получить более точные результаты, чем прямые, а иногда являются единственно возможными для данной физической величины.

Совокупные измерения представляют собой неоднократные, обычно прямые измерения одной или нескольких одноименных величин (при различных сочетаниях этих величин) с получением общего результата измерений путем решения системы уравнений, составляемых по частным результатам измерений. Например, к совокупным измерениям относится процесс определения взаимоиндуктивности между катушками путем двукратного измерения их общей индуктивности.

По одному из методов сначала катушки соединяют так, чтобы их магнитные поля складывались, и измеряют общую индуктивность

L„i = Li ч- L2 -Н 2М,

гце М - взаимоиндуктивность; и L2- индуктивности первой и второй катушек.



[0] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168


0.0164