Главная Измерительная установка - комплекс средств измерений



1.2. Свойства средств измерений и предъявляемые к ним требования

менение основной погрешности за счет изменения внешних условий относительно нормальных. Так, довольно часто указывается дополнительная погрешность за счет изменения температуры (относительно нормальной).

1.2.2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ

Помимо точностных характеристик средства измерений характеризуются диапазоном измерений (для измерительных приборов), допустимыми условиями применения, чувствительностью, быстродействием, стабильностью, помехозащищенностью, надежностью, входным (выходным) сопротивлением, потребляемой мощностью и др.

Диапазон измерений представляет собой область значений измеряемой величины, в пределах которой нормированы погрешности средства измерений.

Условия измерений (обычно рабочие условия) содержатся в технических условиях на средство измерений и указывают на возможность проведения измерений с допустимыми изменениями метрологических характеристик. Рабочие условия измерений определяются назначением и степенью устойчивости метрологических характеристик данного средства измерений. Для унификации применяемых средств измерений рабочие условия измерений нормируются соответствующими государственными стандартами. Оценка условий измерений производится путем определения пределов изменения влияющих величин, т. е. величин, оказывающих влияние на результаты измерений.

К таким величинам относятся температура, давление и влажность окружающей среды; частота (диапазон частот), при которой производится измерение; механические нагрузки при транспортировании; напряжение и частота питающей сети; напряженность магнитного (электрического) поля, в котором находится средство измерений, и др. Наиболее часто в технических условиях на средство измерений указываются допустимые пределы рабочей температуры, относительная влажность (при той или иной температуре), напряжение и частота источников питания (с допустимыми отклонениями).

Чувствительность средства измерений представляет собой способность реагировать на изменения входного сигнала и оценивается отношением изменения выходного сигнала к вызвавшему его изменение входному сигналу. Например, чувствительность каналов отклонения луча осциллографов измеряется в миллиметрах на вольт.

Быстродействие характеризуется интервалом времени, необходимым для производства единичного измерения. Современные цифровые электронные приборы имеют быстродействие в несколько сотен, тысяч и даже сотен тысяч измерений (операций) в секунду, тогда как приборы со стрелочным индикатором (с учетом времени успокоения стрелки) позволяют производить одно измерение за несколько секунд.

Стабильность отражает постоянство во времени метрологических показателей средства измерений. Часто эта характеристика представляется обратной величиной - нестабильностью показателей во времени.

Например, для квантовых стандартов частоты пользуются понятиями кратковременной нестабильности частоты (за 1 с) и долговременной нестабильностью частоты (за 1 сут).

Помехозащищенностью называется способность электронного средства измерений сохранять в процессе измерений свои характеристики при наличии внешних радиопомех.

Надежность представляет собой свойство средства измерений функционировать при сохранении метрологических и других показателей в заданных пределах и режимах работы. Обычно надежность характеризуется свойствами безотказности, ремонтопригодности, долговечности, сохраняемости. Для средств измерений показатели безотказности характеризуются средней наработкой на отказ (среднее значение наработки средства измерений между отказами) и вероятностью безотказной работы за заданный промежуток времени. В качестве показателя ремонтопригодности для средств измерений обычно нормируется среднее время восстановления. Долговечность средств измерений оценивается гамм а-процентным ресурсом (наработка, в течение которой средство измерений не достигнет предельного состояния с вероятностью 7 процентов) и сроком службы (календарной продолжительностью эксплуатации средства измерений до предельного состояния). Предельное состояние наступает тогда, когда обычные виды ремонта не позволяют поддерживать работоспособность прибора на требуемом уровне. В технических требованиях на средство измерений задаются обычно оба показателя долговечности, поскольку гамма-процентный ресурс определяется наработкой прибора (независимо от календарного времени эксплуатации), а срок службы - календарным временем эксплуатации (независимо от наработки). Обыч-



но в технических требованиях под сроком службы понимается среднее его значение.

Средства измерений до поступления на эксплуатацию могут длительное время находиться на хранении. В связи с этим в технические требования часто включается в качестве показателя сохраняемости средний срок сохраняемости или гамма-процентный срок сохраняемости.

Входное (выходное) сопротивление определяет влияние средства измерений на характеристики объекта измерений или другие приборы при их подключении друг к другу. На высоких частотах входная цепь средства измерений представляет собой электрический контур и входное сопротивление является комплексным (входным импедансом), зависящим от частоты, на которой производится изменение. Обычно это сопротивление характеризуется раздельно активной и реактивной составляющими импеданса (например, омическим сопротивлением и емкостью). Для согласования выходного сопротивления с нагрузкой стремятся предусмотреть возможность его изменения (путем переключения).

Все более часто в последнее время радиотехнические средства измерений при характеристике их технических и конструктивных особенностей относят к тому или иному поколению. При этом к первому поколению относят приборы с ручным управлением, применением электронно-вакуумных приборов и объемного монтажа элементов (резисторов, конденсаторов и др.). Ко второму поколению относят приборы с ручным управлением, полупроводниковыми приборами с применением как объемного, так и печатного монтажа элементов. Третье поколение характерно применением микросхем и микросборок, одно- и двухслойных печатных плат, полуавтоматическим управлением (автоматическая установка нуля, самокалибровка). К четвертому поколению относят средства измерений, имеющие автоматическое управление от встроенного микропроцессора и использующие микросхемы и микросборки большой степени интеграции, а также многослойные (двухслойные) печатные платы. Обычно критерием отнесения средства измерений к соответствующему поколению являются наиболее характерные его черты: например, приборы со встроенным микропроцессором независимо от других технологических особенностей обычно относят к четвертому поколению.

1.3. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ В ЭЛЕКТРОНИКЕ

К настоящему времени средства измерений, применяемые в электронике и получившие общее наименование радиоизмерительных приборов (РИП), достигли достаточно высокого уровня развития. Они, в большинстве своем, имеют наивысшие точности (по сравнению со средствами измерений других физических величин - электрических, механических, тепловых и т. д.). Более того, развитие средств измерений физических величин неэлектрического характера (длины, массы, времени, температуры, силы света и др.) за последние годы все более приближается по принципиальному и конструктивному выполнению к РИП: неэлектрическая величина с помощью измерительных датчиков преобразуется в электрическую (иногда в достаточно широком диапазоне частот), и в дальнейшем процесс усиления, преобразования и регистрации (отображения) измерительной информации основывается на принципах и методах электронных средств измерений. Это направление развития в ближайшем будущем должно получить широкое распространение, поскольку позволяет автоматизировать процесс измерений, унифицировать и стандартизовать различные виды средств измерений, обеспечить метрологическую, конструктивную, информационную, энергетическую и эксплуатационную совместимость средств измерений между собой и с объектами измерений.

Уровень развития и особенно точностные характеристики РИП часто предопределяют возможность или невозможность разработки и внедрения в производство новых технологических процессов, создания новых электронных устройств и систем. В ряде случаев даже механическое производство зависит от точности измерений физических величин, позволяющих оценить процессы в радиоэлектронных устройствах. Без применения высокоточных цифровых вольтметров в настоящее время невозможно достигнуть прецизионных точностей обработки деталей на автоматизированных металлорежущих станках и т. д.

В связи с этим происходит непрерывное повышение точности и расширение диапазона измерений РИП. Так, рабочие вольтметры постоянного тока с индикацией по стрелочному прибору разработок начала 70-х годов в пределах измерений от тысячных долей милливольта до нескольких десятков вольт (В2-11, В2-15, ВК2-16) имели



основную погрешность измерений от 1,5 до 6%, приборы разработок конца 70-х годов в более широких пределах измерений (от единиц микровольт до сотен вольт) - доли процента, а лучшие образцы - тысячные доли процента. Цифровые вольтметры постоянного тока разработок начала 70-х годов в широких пределах измерений имели основные погрешности от нескольких сотых до нескольких десятых долей процента, приборы разработок конца 70-х годов - сотые доли процента, а лучшие образцы - десятитысячные доли процента.

При измерениях напряжения переменного тока в диапазоне частот от 10 Гц до 1 ГГц лет десять назад высокоточными рабочими приборами считались аналоговые вольтметры с погрешностью в несколько процентов, а в настоящее время имеются рабочие приборы с погрешностью измерений в несколько долей пропента. Для цифровых вольтметров переменного тока в указанном диапазоне частот некоторые приборы имеют погрешность сотые и даже тысячные доли процента.

Примерно такое же положение существует и для других видов средств измерений в электронике: измерительных генераторов, частотомеров, фазометров и т. д. Особенно быстро возрастали требования к точности частотновременньгх измерений. Еще 10 - 15 лет назад погрешность измерений частоты, определяемая, в частности, долговременной нестабильностью прибора, составляла 10"а в настоящее время с помощью квантовых стандартов частоты появилась возможность довести ее до значения примерно 10~*.

Наряду с требованиями к точности приборов все больше предъявляются требования к их быстродействию, производительности. В связи с этим широкое распространение получили цифровые приборы, позволяющие наряду с высокими показателями точности обеспечить быстродействие, высокую производительность измерений, программное управление приборами, сопряжение с универсальными ЭВМ.

В цифровых приборах измеряемая величина преобразуется в дискретную форму, представляется в цифровом коде, и результат измерений, как правило, отображается в цифровом виде. Это обусловило, наряду с указанными выше преимуществами цифровых приборов, снижение субъективных ошибок при производстве измерений, воз-I можность выдачи результатов измерений успомощью цифропечатающих устройств. Появление новых принципов и методов

измерений, расширение диапазонов измерений привело вместе с тем к расширению номенклатуры применяемых радиоизмерительных приборов, которая классифицируется сейчас более чем на 100 подгрупп и видов. Основными видами являются измерители напряжений и токов, параметров электрических цепей и трактов, мощности, частоты, формы сигналов, их спектров, а также измерительные генераторы. За последние годы широкое развитие получили приборы для измерения характеристик случайных процессов, логические анализаторы (для определения правильности структуры цифровых меток, потока цифровых данных в контрольных точках электронных цифровых устройств, в том числе и цифровых измерительных приборов) и др.

Быстро растут технические возможности измерения характеристик формы и спектра сигналов с помощью осциллографов, которые позволяют анализировать характеристики непрерывных, импульсных и одиночных сигналов в реальном масштабе времени как при визуальном наблюдении, так и при фотографировании на экране прибора. При этом ширина полосы пропускания (по усилителю вертикального канала отклонения луча) достигает нескольких сотен мегагерц, а при применении стробоскопических приборов - единиц гигагерц. Цифровые методы - обработки измерительной информации с помощью встроенных в осциллографы микропроцессоров позволили уменьшить погрешность измерений до 1-2% и отображать на экране не только форму (спектр) измеряемого сигнала, но и сопровождать отображение некоторыми цифровыми значениями измеряемой величины. В результате современный осциллограф может выполнять дополнительно некоторые функции цифрового вольтметра, мультиметра, частотомера, анализатора спектра.

Очень быстрыми темпами развивается направление анализаторов сигналов в реальном масштабе времени. Эти приборы все большее распространение находят не только как анализаторы спектра сигналов, но и как измерители амплитудных и фазочастотных характеристик радиоэлектронных устройств, функций корреляции, когерентности, плотностей распределения случайных последовательностей потоков информации и др. Анализаторы сигналов по схемно-конструк-тивным решениям различны: используется быстрое преобразование Фурье, сжатие временного масштаба с использованием рециркуляционных линий задержки, дисперсионных линий задержки и др.



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


0.012