Главная Измерительная установка - комплекс средств измерений



самовозбуждения определяется следующими составляющими погрешности:

за счет частотной зависимости элементов связи измерительного контура;

за счет остаточных параметров измерительного блока, таких как индуктивности зажимов, емкости между зажимами, потери в пластинах конденсатора, индуктивности соединительных проводов и др.;

из-за реакции внешних цепей на измерительный контур;

за счет разбаланса фаз в широкополосном усилителе;

за счет нестабильности параметров формы напряжения;

погрешности, вносимой фазочастотными характеристиками усилителей;

погрешности, определяемой значением измеряемой добротности, которая появляется за счет прохождения высших гармоник через контур;

погрешности, вносимой детектором преобразователя напряжения;

погрешности блока измерения отношения напряжений.

Для построения автоматических измерителей добротности в области частот от 1 до 50 МГц наиболее перспективным считается метод ударного возбуждения. Этот метод основан на определении декремента затухания свободных колебаний в параллельном контуре. Амплитудные соотношения свободных колебаний, следующих друг за другом, строго математически определяются как функция добротности контура, которая связана с числом периодов, укладывающихся во время затухания амплитуды колебаний от значения до Mj:

Q = nN/in(uJu2l

где N - число периодов затухающего колебания, размещающихся в интервале времени hhl Щ~ амплитуда колебаний в момент времени ; «2 - амплитуда колебаний в момент времени (2-

При соотношении амплитуд колебаний "i/"2 = в" добротность контура будет равна числу периодов N.

Структурная схема прибора, основанного на методе ударного возбуждения, типа ODM фирмы Rohde Schwarz (ФРГ) приведена на рис. 6.8.

Для определения добротности серия затухающих колебаний после измерительного контура разветвляется на два канала, один из которых имеет коэффициент передачи за счет широкополосного усилителя, в е" раз больший, чем второй. В обоих каналах из колебаний, амплитуда которых превьпиает порог срабатывания порогового устройства, формируются прямоугольные импульсы. Эти импульсы с выходов обоих каналов поступают на селектор и счетчик импульсов, где определяется их разность, равная измеряемой добротности.

Погрешность измерения добротности обусловливается шунтированием измерительного контура, частотными и амплитудными искажениями усилительных трактов, погрешностью отсчета и калибровки. Автоматизация измерения добротности в области частот от 30 до 300 МГц с наибольшей эффективностью обеспечивается методом расстройки частоты. Этот метод позволяет автоматизировать процесс поиска резонанса и другие вспомогательные опера-

Генератор импульсов

Формирователь


Схема временной развертки

Диод с накоплением заряда

Схема положительной обратной связи

Предварительный усилитель

Измерительный контур

Усилитель

Схема индикации

Счетчик

Пороговое устройство

Пороговое устройство верхнего предела

Селектор импульсов

Рис. 6.8. Структурная схема измерителя добротности типа ODM



ции, повысить точность измерений по основным параметрам, снизить амплитуду напряжения на элементе, параметры которого измеряются. При этом определенными преимуществами обладает метод, когда автоматическая настройка высокочастотного генератора на собственную резонансную частоту осуществляется по первой производной по частоте его амплитудно-частотной характеристики, а автоматическое определение полосы пропускания между точками перегиба характеристики контура - по второй ее производной по частоте.

Другие разновидности автоматизации измерения добротности по методу расстройки обладают рядом недостатков при их приборной реализации.

Способ измерения добротности, при котором резонансная частота (Од и полоса пропускания частот колебательного контура определяются по сдвигу фаз между его входным и выходным напряжениями в области, ограниченной его полосой пропускания, требует очень сложных схемных решений для обеспечения измерения на высоких частотах точного сдвига фаз между входным и выходным напряжениями колебательного контура в пределах полосы пропускания.

При измерении добротности методом расстройки частоты по уровню высокочастотного напряжения на реактивном элементе сложно обеспечить автоматическое поддержание постоянного уровня входного напряжения и измерения относительных изменений уровней выходного напряжения колебательного контура в его полосе пропускания с заданной погрешностью.

При измерении добротности по первой и второй производным по частоте амплитудно-частотной характеристики измерительного контура напряжение на измерительном конденсаторе (рис. 6.8) изменяется по закону

«к = ех,/(г/1 + А

u = eQ<uJ((u]/l + a% (6.5)

где е - ЭДС, вводимая в контур. С учетом того, что

а = (2(со/сОо-(Во/т),

получим

(a + ]/a + AQ-)]/\ + a-

мк = е \/а + 4Q - а/{2 ]/l + а). (6.6) Чтобы определить частоту, соответ-

ствующую максимуму амплитудно-частотной характеристики колебательного контура, уравнение (6.6) можно преобразовать к виду

u. = eQ/\/y + QHy-ir. (6.7)

Взяв первую производную и приравняв ее к нулю, получим

1+2С(у*-1) = 0,

откуда

y = «K = l-l/2Q

При е = 10 Д(в/(и = -0,0025, т. е; частота, соответствующая максимуму характеристики контура при Q = 10, будет отличаться от его резонансной частоты на -0,25%. Первая производная по а уравнения (6.6) будет определяться как

du е a~\/4-4Qa

da 2 {l+a)\/i+al/a + 4Q

(6.8)

С учетом того, что 4Q.»1, и так как производная (6.8) оценивается в пределах 0,707мк. (6.8) можно записать в виде

du/da = е (1 -Ь 2а0/[2 (1 -I- а) l/TT?].

(6.9)

Определив вторую производную du/da и приравняв ее нулю, получим

а + 3a/4Q - 0,5 = О,

откуда

«1.2 = (3/80 ±1/9/646 +0,5.

При (2>10 можно записать 61.2 = = 0,375/(2 ± 0,707. Для получения выражения добротности через полосу пропускания, заключенную между точками перегиба резонансной кривой колебательного контура, необходимо решить систему уравнений:

«1 = - 0,375/(2 - 0,707 = (2 (coi/coo - fflo/coi); 1 «2 = - 375/G + 0,707 = (2 (coj/fflo - cOo/«2)-

(6.10)

При этом добротность будет определяться по формуле

е = 0,707шо/2Л(о.

(6.11)

Анализ погрешностей измерения методом расстройки частоты по первой и второй производным резонансной кривой измерительного контура, проведенный одним из авторов метода, В. В. Молочниковым, показы-




Рис. 6.9. Эквивалентная схема измерительного контура

вает, что погрешность измерения добротности в основном определяется только остаточными параметрами измерительного контура и реакцией внешних цепей, а погрешности за счет элементов связи измерительного контура и за счет делителя напряжения для переключения поддиапазонов измерения добротности практически исключаются.

Для уменьшения влияния внешних цепей необходимо:

настройку генератора высокой частоты производить по напряжению на первичной обмотке трансформатора связи при поддержании постоянного напряжения на измерительном контуре;

определение полосы пропускания осуществлять по выходному напряжению на измерительном контуре при обеспечении постоянства напряжения на первичной обмотке трансформатора связи.

Эквивалентная схема измерительного контура с учетом влияния перечисленных выше факторов показана на рис. 6.9.

Анализ погрешностей, проведенный для каждой составляющей отдельно при условии отсутствия влияния других, дает следующие результаты.

Погрешность измерения добротности за счет индуктивности рассеяния

8i = (е„зм - б)/е = о)Ск1/(1 - (вад;

здесь Lp = LnlLpKLi + Lp), где и. - коэффициент трансформации трансформатора связи. Погрешность измерения, обусловленная индуктивностью зажимов и погрешность собственной индуктивности измерительного конденсатора будут соответственно равны:

S2 = й)Ск1<,/(1 - (вСЛ); 6з = 0. Погрешность за счет потерь в измерительном конденсаторе определяется по фор- муле

б4 = егсС0Ск/(1-е-сС0Ск).

Погрешность измерения, обусловленная изменением входного сопротивления измерительной схемы.

55 = -е/(е+«Скад,

где Лх = -Rsx/ni; "2 = Ci/(Ci -f- Сг).

При настройке в резонанс и определении полосы пропускания используются устройства сравнения, которые срабатывают от заранее заданных пороговых значений напряжений, изменяющихся по закону первой и второй производных резонансной кривой измерительного контура и проходящих через нуль. В этом случае все факторы, которые влияют на стабильность работы пороговых устройств, будут определять погрешности настройки на резонансную частоту и определения полосы пропускания, которые в свою очередь вносят существенный вклад в суммарную погрешность измерения добротности.

При настройке в резонанс (рис. 6.10) напряжение на контуре вблизи резонанса определяется по упрощенной формуле:

u = unQ/\/l+a\

С учетом того, что настройка в резонанс производится по напряжению на первичной обмотке трансформатора связи, определим Ивх через щ:

где К - коэффициент усиления усилителя;

= 0,02 - коэффициент трансформации трансформатора связи.

Напряжение первой производной по обобшенной расстройке контура с учетом К в этом случае определяется по формуле

«„/„ = Auxlda = UKXe/("iei/l + a),

III 1 \ /\

/л f\i\

Рис. 6.10. Определение добротности по методу ударного возбуждения



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


0.0126