Главная Измерительная установка - комплекс средств измерений



стоте 1 кГц с помощью измерителя емкости типа Е8-2 на всех оцифрованных отметках шкалы. Допускается проводить поверку на частотах, отличных от 1 кГц, при условии, что частотная зависимость конденсатора поверяемого измерителя добротности на частоте поверки не превышает 0,2 допустимой погрешности градуировки конденсатора. Измерения производят дважды: при подходе к поверяемой отметке шкалы со стороны увеличения и уменьшения емкости конденсатора. Эту погрешность рассчитьшают по формуле 5с= 100(Ci - Сд)/Сд для относительной погрешности, %, и -Сд для абсолютной погрешности, пФ, где Сд - действительное значение емкости измерительного конденсатора в оцифрованной отметке шкалы; С - измеренное значение емкости в той же точке шкалы конденсатора.

Основную погрешность установки частоты генератора и градуировки подстроеч-ного конденсатора определяют известными в метрологии методами.

Технические характеристики образцовых мер добротности приведены в табл. 6.2. В зависимости от частоты образцовые меры добротности выполнены в виде катушек индуктивности с многослойной, однослойной или бескаркасной намоткой на рахшокерами-ке. Катушка размещается в медном экране, который одновременно обеспечивает и герметизацию конструкции.

Хотя метод поверки измерителей добротности по образцовым мерам обладает рядом преимуществ, ему свойственны и отдельные недостатки, связанные с ограничением количества точек, в которых поверяется погрешность. Поэтому разрабатываются косвенные методы поверки, основанные на соотношениях, связывающих измеряемую добротность с параметрами измерительного контура, коэффициентом перехода и показаниями электронного вольтметра:

QLQnKn(i - а>\С,)/{1 -aLcC,-

- QnK„(uCsr),

где К„ = Q/Qis, Q - расчетное значение доб-

ротности; бп - измеренное значение добротности; 4, - индуктивность и сопротивление всего измерительного контура; Lc - индуктивность измерительного конденсатора; Cj - емкость электронного вольтметра.

Добротность контура Q можно определить, используя свойство обобщенной резонансной кривой контура, через относительную расстройку его по емкости С/ДС и относительное понижение напряжения на контуре при его расстройке;

Q = (С/ДС) ]/{UJU) - 1. (6.19)

Для этой цели составляются калибровочные таблицы, позволяющие вносить необходимые поправки в показания отсчетного вольтметра. При этом за исходное берется показание вольтметра в единицах добротности в точке, соответствующей максимальному напряжению на входе вольтметра.

После калибровки лампового вольтметра приступают к уточнению градуировки отсчетных шкал измерительного конденсатора, особенно шкалы вспомогательного конденсатора малой емкости. Затем определяют остаточные параметры измерительного контура.

Для определения К„ необходимо на разных частотах измерить gn и найти Q. Погрешность измерения добротности рассчитывается по формуле

8G = Gn - G =

= l/(l/C)5C + {l/ACmC + [а/{а - 1)5а],

где С„,<„-С = ДС; [ 0,707t/,„„., = Q.

Погрешность определения К„, %, можно найти по формуле

5Jn = l/(Ven)SGn + (l/e)5G. Величину Q можно определить по формуле (6.19) с общей погрешностью около 5% при условии, что поправка на остаточные параметры не превьш1ает 10%, а остаточные параметры определены также с погрешностью не более 10%.



РАЗДЕЛ СЕДЬМОЙ

ИЗМЕРЕНИЕ ЧАСТОТЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ КОЛЕБАНИЙ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Частота является важнейшей характеристикой переменного тока, а измерение частоты - одной из основных задач, решаемых в радиотехнике. Это объясняется рядом обстоятельств.

Во-первых, наличие большого количества радиоэлектронной аппаратуры, применяемой во многих сферах народного хозяйства и работающей в широком диапазоне частот, приводит к необходимости иметь дело с частотными, измерениями при разработке, производстве и эксплуатации этой аппаратуры.

Во-вторых, современное развитие науки и техники немыслимо без временных измерений, и только при помощи частотоизмери-тельной аппаратуры можно воспроизводить с необходимой точностью единицу физической величины - секунду.

В-третьих, высокая точность частотоиз-мерительных приборов, недостижимая для других средств измерений, позволяет использовать их для определения с достаточной достоверностью параметров различных объектов, а также измерения других физических величин (температуры, скорости, угловых приращений, давления, расхода жидкостей и др.).

И, наконец, поверка, аттестация и калибровка других радиоизмерительных приборов переменного тока производятся в определенных точках частотного диапазона, что вызывает необходимость в ходе проведения указанных операций иметь дело с частотными измерениями.

Источники частоты сигналов электромагнитных колебаний можно разделить на две группы. К первой группе относятся различные компоненты РЭА (генераторы, возбудители, гетеродины и т. д.), ко второй -средства измерений (СИ), предназначенные для воспроизведения частоты (стандарты частоты, генераторы измерительные), и компоненты приборов (опорные генераторы, гетеродины и др.).

В практике частотных измерений больше всего приходится определять действительное значение частоты сигналов электромагнитных колебаний, под которым будем понимать значение частоты, настолько приближающееся к истинному значению, что для данной цели может быть использовано вместо него. Для первой группы источников

указанный параметр в большинстве случаев является достаточным для характеристики частоты. Однако для второй группы не менее важным является такой параметр, как стабильность частоты.

В общем случае мгновенное значение частоты сигналов электромагнитных колебаний определяется известным выражением

<» W = Ином + acoot + Асо (t).

(7.1)

где сОном - номинальное значение частоты (значение частоты, указанное на шкале настройки или в паспорте источника); cOq - начальное значение частоты сигнала, соответствующее моменту установки частоты при выпуске источника из производства (действительное значение частоты источника при выпуске его из производства); а - коэффициент, зависящий от стабильности частоты источника во времени; Aco(t) - флюктуа-ционное изменение частоты, пентрированное относительно усредненного значения на интервале наблюдения.

Из (7.1) следует, что у источников частоты сигналов электромагнитных колебаний имеются два вида нестабильности частоты: долговременная, вызванная систематическим смещением частоты за длительное время (acOot), и кратковременная, определяемая флюктуационными изменениями частоты сигнала [Aco(t)]. Граница разделения указанных видов нестабильности является условной и зависит от конкретного источника частоты.

Так как процесс измерения частоты занимает определенный промежуток времени, за который происходят одновременно и систематическое и флюктуационное ее изменения, истинное значение частоты невозможно определить. Поэтому для оценки действительного значения частоты пользуются ее усредненным на интервале измерения т значением cOcp(t), определяемым выражением

1 + т/2

COcp(t)= -

(u(t)dt.

(7.2)

(-т/2

Использовав (7.2), можно получить выражения для долговременной и кратковременной нестабильностей частоты, задаваясь



Таблица 7.1. Рекомендуемые соотношения между Гит

1 год

6 мес

1 мес

1 сут

100 с

100 с

100 с

100 с

1 сут

1 сут

Ч сут

100 с

0,1 с

0,01 с

0,001 с

интервалом времени Г, на котором гарантируется одна из указанных нестабильностей, и временем yqseflHeHHH т. Обычно величина Т приводится в паспорте на источник частоты, а величина т зависит от быстродействия частотоизмерительного прибора (в частности, для электронно-счетного частотомера т равно времени счета частотомера).

В связи с изложенным выше долговременная нестабильность частоты Ас»я(() определяется как разность двух усредненных значений частоты, взятых в начале и конце интервала времени Т:

Дс»д(£) = c»cp(t -I- 0,5 Т) - c»cp(t - 0,5Т).

(7.3)

В (7.3) соотношения между т и Г устанавливаются исходя из следующих соображений, подтверждаемых статистикой. Минимально возможное время Тт,„ ограничивается временем одного полного цикла электромагнитных колебаний; максимально возможное т,адх - необходимостью выполнения условия Т» т.

Рекомендуемые соотношения между т и Г приведены в табл. 7.1.

Для повышения достоверности результата определения (»д(() производят N измерений долговременной нестабильности частоты и находят ее среднее арифметическое значение Аюд,ср по формуле

Дсод,ср = - I [cocpfe + 0,5Т) -" 1=1

-C0ep(ti-0,5T)].

(7.4)

При определении кратковременной нестабильности частоты сначала находят усредненное значение частоты на интервале времени т по формуле

Затем определяют кратковременную нестабильность частоты по формуле

Д«>кр = «)ср((,т)-«>((. Т). (7.6)

В отличие от (7.4) для кратковременной нестабильности частоты используют ее среднеквадратическое значение для интервала Г, вычисленное по формуле

кр-

I COcp(ti, Т) 1 = 1


I со (ti, Т)

(7.7)

В (7.7) Т» т, т. е. задают такой интервал Г, на котором систематические изменения частоты пренебрежимо малы.

В § 7.2-7.4 рассматриваются методы и способы определения рассмотренных характеристик частоты (действительного значения, долговременной и кратковременной нестабильностей).

7.2. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕЙСТВИТЕЛЬНОГО ЗНАЧЕНИЯ ЧАСТОТЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ КОЛЕБАНИЙ

Существует достаточно большое разнообразие способов определения действительного значения частоты, отличающихся погрешностями измерений, применяемой аппаратурой, быстродействием и пр.

Однако все они базируются на относительно небольшом количестве методов измерения частоты. В практике частотных измерений наибольшее распространение получили метод сравнения измеряемой частоты с известной (образцовой) частотой и методы, основанные на физических явлениях, вызываемых прохождением переменного тока через различные устройства (резонансный, заряда-разряда конденсатора при прохождении через него переменного тока и мостовой).

7.2.1. МЕТОД СРАВНЕНИЯ ИЗМЕРЯЕМОЙ ЧАСТОТЫ С ИЗВЕСТНОЙ (ОБРАЗЦОВОЙ)

Этот метод получил самое большое распространение в современной технике частотных измерений, что можно объяснить



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


0.0132