Разделы презентаций
- Разное
- Английский язык
- Астрономия
- Алгебра
- Биология
- География
- Геометрия
- Детские презентации
- Информатика
- История
- Литература
- Математика
- Медицина
- Менеджмент
- Музыка
- МХК
- Немецкий язык
- ОБЖ
- Обществознание
- Окружающий мир
- Педагогика
- Русский язык
- Технология
- Физика
- Философия
- Химия
- Шаблоны, картинки для презентаций
- Экология
- Экономика
- Юриспруденция
Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц
Содержание
- 1. Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц
- 2. Измерения напряжения и тока Единица тока в
- 3. Напряжение измерять несколько проще, чем ток, поскольку
- 4. Погрешности измерения напряжения и тока, обусловленные подключением
- 5. Погрешности измерения напряжения и тока, обусловленные подключением
- 6. Поскольку, однако, характеристики приборов и цепей известны
- 7. При измерении переменных напряжений и токов
- 8. На достаточно высокой частоте вследствие резонанса рассматриваемая
- 9. Таким образом, соответствующая систематическая погрешность может
- 10. При измерениях напряжения высокой частоты надо уменьшить
- 11. Классификация вольтметров :1. По виду измеряемого напряжения:
- 12. Классификация вольтметров :3. По типу входа: с
- 13. Схема «закрытого» входа вольтметра: Постоянную времени RC
- 14. 4. По типу используемого преобразователя приборы с
- 15. 5. По ширине полосы измеряемых частот: широкополосные, например
- 16. Характеристики измеряемых сигналов Градуировка приборов«Мгновенное» значение
- 17. 2. Максимальное (минимальное) значение Uмакс (Uмин) –
- 18. Для периодических сигналов формулу для среднего
- 19. Прибор, измеряющий среднее значение напряжения или тока,
- 20. 4. Для переменных сигналов, не имеющих постоянной
- 21. 5. Среднеквадратическое (действующее) значение: 6. Средневыпрямленное значение:
- 22. Рассмотрим для примера характеристики синусоидального сигнала
- 23. 5. среднеквадратическое значение: 6. средневыпрямленное значение: Коэффициент формы сигнала :Для синусоидального сигнала:.
- 24. Правила градуировки :Приборы для измерения переменного напряжения
- 25. Суть операции градуировки вольтметра переменного напряжения
- 26. Итак, для понимания того,
- 27. Представление о форме сигнала можно получить
- 28. Простые электромеханические приборы имеют, очевидно, открытый вход.
- 29. Уравнения преобразования вольтметров различных типов.
- 30. Уравнение преобразования вольтметра ср. кв. значения с
- 31. Для понимания того, как различные вольтметры
- 32. Все вольтметры переменного напряжения (за исключением импульсных
- 33. Рассмотрим практически важную задачу измерения синусоидального
- 34. Попутно отметим, что показания даже самых простых
- 35. Вольтметр среднеквадратического значения с открытым входом покажет:
- 36. Но если этот сигнал измерить вольтметром с
- 37. Таким образом, закрытый вход вольтметра позволяет измерять
- 38. Измерим теперь напряжение импульсного сигнала - последовательности
- 39. Рассмотрим численный пример для частного случая Uм
- 40. 2. Вольтметр среднеквадратического значения с открытым входом покажет:
- 41. 3. Вольтметр средневыпрямленного значения с открытым входом
- 42. Определим показания вольтметров с закрытыми входами.
- 43. После закрытого входа исходный импульсный сигнал превратится
- 44. При измерении напряжения такого импульсного сигнала для
- 45. 3. Показания вольтметра средневыпрямленного значения с закрытым
- 46. 4. Вольтметр с пиковым детектором с закрытым
- 47. Следует подчеркнуть, что понятие коэффициента заполнения Кз
- 48. Полезно также иметь ввиду, что операция возведения
- 49. 2.4. Основные характеристики вольтметров, структурные схемы, конструктивное
- 50. Далее следует обычный набор основных нормируемых метрологических
- 51. 2.4.1. Электромеханические вольтметры и амперметры В таких
- 52. 2. Выпрямительный прибор – комбинация магнитоэлектрического
- 53. 3. Прибор электромагнитной системы. Его условное обозначение
- 54. 5. Электростатический прибор. Его условное обозначение символизирует
- 55. 2.4.2. Электронные вольтметры Структурная схема простейшего электронного
- 56. Электронные вольтметры переменного напряжения имеют, как правило,
- 57. Преобразователи среднеквадратического значения в настоящее время выполняют
- 58. Пиковые (амплитудные) детекторы устанавливают непосредственного на входе
- 59. Преобразователь среднего выпрямленного значения реализуют с помощью
- 60. Амплитудные детекторы с закрытыми входами используют для
- 61. Специальная структурная схема была разработана для обеспечения
- 62. Селективные вольтметры измеряют напряжение в относительно узкой
- 63. 1. Уравнение преобразования: где: К – коэффициент
- 64. 2. Верхняя граница диапазона измерения мощности сигналов
- 65. 4. Диапазон измеряемых частот у некоторых анализаторов
- 66. На рисунке показан спектр сигнала передатчика базовой
- 67. Этот рисунок можно упрощенно интерпретировать как графическое
- 68. Скачать презентанцию
Измерения напряжения и тока Единица тока в системе СИ – ампер (А) Единица напряжения СИ - вольт (В) Эталон постоянного тока в диапазоне до 30 А основан на косвенных измерениях тока
Слайды и текст этой презентации
Слайд 1Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц. Ленцман В.
Л.
Новый корпус ГУТ
комн. 438
Слайд 2 Измерения напряжения и тока
Единица тока в системе СИ –
ампер (А) Единица напряжения СИ - вольт (В)
Эталон постоянного
тока в диапазоне до 30 А основан на косвенных измерениях тока по закону Ома (I = U/R) Неисключенная систематическая погрешность (НСП) эталона тока в диапазоне от 1мА до 1А составляет 2∙10-7
НСП эталона напряжения 1∙10-9.
Слайд 3Напряжение измерять несколько проще, чем ток, поскольку вольтметр подключают параллельно
измеряемой цепи.
Для измерения тока амперметр следует подключить в схему
последовательно – в разрыв цепи. Дальнейший материал излагается применительно к измерению напряжения.
Слайд 4Погрешности измерения напряжения и тока, обусловленные подключением приборов к измеряемой
цепи
Схема подключения:
RV - сопротивление вольтметра,
Ri – внутреннее сопротивление
измеряемого источника напряжения,С – емкости вольтметра и соединительных проводов
Слайд 5Погрешности измерения напряжения и тока, обусловленные подключением приборов к измеряемой
цепи
Погрешность – систематическая и имеет знак «минус»!
При известных
значениях RV и Ri можно ввести соответствующую поправку.Аналогичная погрешность при измерении постоянного тока определяется формулой:
Слайд 6Поскольку, однако, характеристики приборов и цепей известны приближенно, останется неисключенная
систематическая погрешность, которую, следует ценить некоторым интервалом. Для этого в
метрологических характеристиках указывают погрешность входного сопротивления вольтметра, например,(1,00 ± 0,10) МОм
Слайд 7 При измерении переменных напряжений и токов надо обязательно учитывать
влияние индуктивности и емкости соединительных проводов, поэтому рассматриваемая погрешность будет
зависеть от частоты:
Слайд 8На достаточно высокой частоте вследствие резонанса рассматриваемая погрешность может стать
положительной! Ориентировочная зависимость погрешности измерения переменного напряжения от частоты показаны
на рисунке:
Слайд 9 Таким образом, соответствующая систематическая погрешность может составить +(300…400)% на
резонансной частоте fрез = 1/(2π√LC), где L и C -
эквивалентные индуктивность и емкость входа вольтметра и соединительных проводов.Например, при L= 1 мкГн и C =40 пФ fрез 25 МГц.
Слайд 10При измерениях напряжения высокой частоты надо уменьшить индуктивность соединительных проводов
(сделать их короче) и уменьшить входную емкость вольтметра.
С этой
целью входной узел широкополосных вольтметров выполняют в виде выносного узла -«пробника», который можно непосредственно подключить к измеряемой точке схемы. 
Слайд 11Классификация вольтметров :
1. По виду измеряемого напряжения:
вольтметры постоянного напряжения,
вольтметры переменного напряжения.
2. По конструктивному решению:
электромеханические,
электронные (имеющие усилители,
преобразователи и другие электронные узлы).
Слайд 12Классификация вольтметров :
3. По типу входа:
с «открытым» входом; -
это несколько жаргонное выражение указывает, что такие приборы измеряют весь
сигнал – вместе с его постоянной составляющей,с «закрытым» входом; - такие приборы имеют на входе последовательно включенный разделительный конденсатор, который не пропускает постоянную составляющую измеряемого сигнала (и его низкочастотные составляющие) на следующие узлы прибора.
Слайд 13Схема «закрытого» входа вольтметра:
Постоянную времени RC такой разделительной цепочки
выбирают достаточно большой – такой, чтобы из сигнала удалялись постоянная
и низкочастотные составляющие до частоты порядка 20 Гц. Это значение определяет нижнюю границу частотного диапазона вольтметров переменного напряжения с закрытым входом.R
С
uвх(t)
uвых(t)
Слайд 144. По типу используемого преобразователя
приборы с преобразователями среднеквадратического значения;
приборы с преобразователем средневыпрямленного значения;
вольтметры с пиковыми преобразователями
(амплитудными детекторами), которые имеют две модификации: с закрытым входом - для измерения синусоидального напряжения,
с открытым входом - для измерения импульсных сигналов произвольной формы. Такие приборы имеют специальное название - импульсные вольтметры.
Слайд 155. По ширине полосы измеряемых частот:
широкополосные,
например от 20 Гц
до 10…50 МГц,
селективные,
которые измеряют напряжение в относительно
узкой полосе специального фильтра (например, 1кГц), но частоту настройки которого можно изменять в широком диапазоне от нескольких кГц до нескольких ГГц ( это принцип работы радиоприемных устройств!)
Слайд 16Характеристики измеряемых сигналов
Градуировка приборов
«Мгновенное» значение – значение измеряемого сигнала
(функции) в определенный момент времени: u(t1), u(t2) и т.д.
Слайд 172. Максимальное (минимальное) значение Uмакс (Uмин) – максимальное (минимальное) из
всех возможных значений за период или за определенный промежуток времени
для непериодических сигналов.3. Среднее значение (постоянная составляющая):
где t - интервал интегрирования, который при конструировании приборов выбирают обычно в пределах от долей секунды до нескольких секунд.
Слайд 18 Для периодических сигналов формулу для среднего значения, можно приближенно
записать в виде:
где T – период измеряемого сигнала.
Этой формулой
удобно пользоваться для расчета среднего значения периодического сигнала, хотя в действительности интервал интегрирования во много раз больше периода измеряемого сигнала. 
Слайд 19Прибор, измеряющий среднее значение напряжения или тока, можно сравнить с
«бульдозером», «разглаживающим» бугры и ямы на стройплощадке – в результате
формируется средний уровень грунта – т.е. его «постоянная составляющая»:
Слайд 204. Для переменных сигналов, не имеющих постоянной составляющей, вместо введенных
выше понятий максимального и минимального значения используют термины:
пиковое отклонение «вверх»
U+, пиковое отклонение «вниз» U- ,
а также
размах сигнала Uр =( U+ - U- ).
Слайд 215. Среднеквадратическое (действующее) значение:
6. Средневыпрямленное значение:
- операция выпрямления
математически записывается как модуль функции, а технически реализуется с использованием
диодного моста (так называемое «двухполупериодное» выпрямление).
Слайд 22 Рассмотрим для примера характеристики синусоидального сигнала с амплитудой Uм
и периодом T :
мгновенные значения:
2. среднее значение Uср равно нулю;
3.
пиковое отклонение вверх U+ = Uм (амплитуде); пиковое отклонение вниз U- = -Uм;4. Размах синусоидального сигнала Uразм.=2Uм;
Слайд 23
5. среднеквадратическое значение:
6. средневыпрямленное значение:
Коэффициент формы
сигнала :
Для синусоидального сигнала:
.
Слайд 24Правила градуировки :
Приборы для измерения переменного напряжения (тока) градуируют по
действующему (среднеквадратическому) значению синусоидального сигнала.
Исключением из этого правила являются
импульсные вольтметры, их градуируют по амплитудному значению синусоидального сигнала.Приборы для измерения постоянного напряжения (тока), измеряющие среднее значение сигнала, градуируют по эталонному источнику постоянного напряжения (тока).
Слайд 25 Суть операции градуировки вольтметра переменного напряжения заключается в следующем:
к источнику синусоидального сигнала подключают параллельно эталонный вольтметр среднеквадратического значения
и градуируемый вольтметр. Показания градуируемого вольтметра, который может иметь любой принцип действия, с помощью его внутренних регулировок делают равным показаниям эталонного вольтметра.Аналогичным образом градуируют амперметры.
Слайд 26 Итак, для понимания того, что за значение
отображается на шкале или цифровом отсчетном устройстве вольтметра, необходимо принять
во внимание, по крайней мере, пять факторов:1. форму сигнала (т.е. вид функции u(t)),
2. тип преобразователя вольтметра,
3. тип входа вольтметра (открытый, закрытый),
4. правило градуировки и единственное исключение из него,
5. соответствие частотного диапазона вольтметра частотному спектру измеряемого сигнала.
Эту информацию желательно иметь до проведения измерений, в противном случае могут возникнуть трудности в интерпретации результатов.
Слайд 27 Представление о форме сигнала можно получить с помощью осциллографа.
Сведения о типе преобразователя,
типе входа,
частотном диапазоне
содержатся в
технических описаниях используемых приборов (хотя не всегда в прямой форме). 
Слайд 28Простые электромеханические приборы имеют, очевидно, открытый вход.
Большинство электронных вольтметров
(за исключением импульсных), как правило, имеют закрытые входы.
Сейчас некоторые
фирмы выпускают вольтметры с переключаемым типом входа. Правило градуировки (с единственным исключением для импульсных вольтметров) надо просто запомнить.
Влияние первых четырех факторов на показания вольтметров отображено в формулах табл. 1.
Слайд 30Уравнение преобразования вольтметра ср. кв. значения с открытым входом:
Уравнение преобразования
вольтметра ср. кв. значения с закрытым входом:
Слайд 31 Для понимания того, как различные вольтметры формируют показания при
измерении сигналов различной формы, рассмотрим несколько примеров. Вольтметр постоянного напряжения
на любом сигнале измерит только его постоянную составляющую вне зависимости от того, есть в таком сигнале переменная составляющая или нет. Например, при измерении напряжения чисто синусоидального сигнала показания вольтметра постоянного напряжения будут равны нулю.
Слайд 32Все вольтметры переменного напряжения (за исключением импульсных вольтметров) при измерении
синусоидального сигнала с амплитудой Um должны показать одно и то
же – действующее - значение этого сигнала, равное 0,707Um.Но этот результат в соответствии с уравнениями преобразования этих приборов (табл.1) и в согласии с правилом градуировки будет получен с использованием различных процедур.
Слайд 33 Рассмотрим практически важную задачу измерения синусоидального сигнала при наличии
постоянного напряжения. Пусть амплитуда сигнала Um =
1 В, а U0 =8 В.Вольтметр постоянного напряжения покажет, очевидно, значение 8,00 В.
Слайд 34Попутно отметим, что показания даже самых простых и дешевых приборов,
определяются не менее чем тремя значащими цифрами, например:
(8,00±0,25) В
или (8,00±0,05) В в зависимости от нормируемой погрешности вольтметра.
Но шестиразрядный цифровой вольтметр может показать, например, значение:
(8,00000±0,00005) В
Слайд 35Вольтметр среднеквадратического значения с открытым входом покажет:
- под знаком
корня суммированы квадраты постоянной составляющей и действующего значения синусоидального сигнала,
т.е. значения, пропорциональные мощности.Очевидно, что по полученному значению 8,03 В практически невозможно определить (если нет осциллографа), присутствует в этой точке схемы переменное напряжение или нет.
Слайд 36
Но если этот сигнал измерить вольтметром с закрытым входом, то
его показания будут равны 0,707 В - наличие переменного напряжения
уверенно регистрируется.
Слайд 37Таким образом, закрытый вход вольтметра позволяет измерять напряжение очень малых
сигналов в цепях с большой постоянной составляющей (например, на коллекторе
транзистора).
Слайд 38Измерим теперь напряжение импульсного сигнала - последовательности однополярных прямоугольных импульсов
длительностью , периодом Т и максимальным значением Uм:
Этот сигнал имеет
свою «собственную»постоянную составляющую Uср= Uм /T
А так будет выглядеть этот сигнал после закрытого входа:
Для такого сигнала удобно ввести понятие коэффициента заполнения:
Кз = /T,
поскольку показания приборов
(в первом приближении)
будут зависеть только от Кз
Слайд 39Рассмотрим численный пример для частного случая Uм = 1В и
Кз =0,5.
Вольтметр постоянного напряжения при измерении такого импульсного сигнала покажет
его среднее значение.У рассматриваемого сигнала есть «своя собственная» постоянная составляющая.
Слайд 413. Вольтметр средневыпрямленного значения с открытым входом (например, обычный аналоговый
«тестер») покажет довольно странное значение:
- это следствие того, что
он градуирован по синусоидальному сигналу и не предназначен для измерения сигналов другой формы. 4. Импульсный вольтметр покажет, очевидно, значение 1,00 В.
Слайд 42 Определим показания вольтметров с закрытыми входами.
Измеряемый импульсный сигнал
до подачи на преобразователи таких вольтметров проходит через разделительную RC
цепочку, которая удаляет из него постоянную составляющую и низкочастотные сигналы до (приблизительно) 20 Гц.
Слайд 43После закрытого входа исходный импульсный сигнал превратится в последовательность разнополярных
прямоугольных импульсов: положительных - длительностью τ, и отрицательных – длительностью
(Т- τ).Однако размах сигнала при этом не изменится!
Слайд 44При измерении напряжения такого импульсного сигнала для частного случая Кз
=0,5 получим следующие значения:
1. Среднее значение (постоянная составляющая) такого сигнала
будет, естественно, равно нулю.2. Показания вольтметра среднеквадратического значения с закрытым ходом - действующее значение такого сигнала:
Слайд 45
3. Показания вольтметра средневыпрямленного значения с закрытым ходом 0,555 В
могут показаться несколько странными:
В
Но если вспомнить, то такие вольтметры
в соответствии с правилом градуировки предназначены для измерения только синусоидальных сигналов, все становится понятным - для измерения импульсных сигналов такие вольтметры, строго говоря, применять не следует! Впрочем, зная форму сигнала, показания вольтметра можно пересчитать для получения того значения, которое Вас интересует.
Слайд 464. Вольтметр с пиковым детектором с закрытым входом (на инженерном
жаргоне его называют «амплитудным» вольтметром, имея ввиду его принцип действия,
а не то значение, которое он показывает) даст еще более странный, на первый взгляд, результат:В
Поэтому надо обязательно помнить, что такие вольтметры предназначены для измерения только синусоидальных сигналов, а для измерения импульсных сигналов эти приборы, строго говоря, применять нельзя!
Слайд 47Следует подчеркнуть, что понятие коэффициента заполнения
Кз = /T
применимо
только к исходному сигналу u(t) в виде однополярных прямоугольных импульсов.
Для сигналов любой другой формы, в частности для комбинации прямоугольных импульсов разной полярности, это понятие уже не применимо и расчеты по формулам с использованием Kз приведут к ошибкам.
Слайд 48Полезно также иметь ввиду, что операция возведения функции u(t) в
квадрат, используемая в вольтметрах среднего квадратического значения, приводит к существенному
изменению вида функции. Например, периодический пилообразный сигналu(t) = Um t/Т (на интервале периода)
превращается при возведении в квадрат в отрезок параболы.
Такие вольтметры можно рассматривать как аналоговые вычислительные устройства, формирующие на шкале или цифровом отсчетном устройстве среднеквадратическое (действующее) значение напряжения входного сигнала
Слайд 492.4. Основные характеристики вольтметров, структурные схемы,
конструктивное исполнение
При выборе прибора для
решения конкретной измерительной задачи из технического описания прибора надо извлечь
информацию о типе входа и уравнении преобразования.Электромеханические приборы имеют открытый вход.
Подавляющее большинство электронных вольтметров имеют закрытые входы.
Преобразователи среднего выпрямленного значения в современных приборах используют редко.
Многие зарубежные фирмы для вольтметров среднего квадратического значения специально указывают, что они измеряют «true r.m.s», т.е. «истинное» ср. кв. значение.
Слайд 50
Далее следует обычный набор основных нормируемых метрологических характеристик средств измерений:
1. Диапазон (поддиапазоны) измерения; минимальный поддиапазон измерения характеризует чувствительность вольтметра.
2.
Разрешающая способность (цена деления шкалы или число разрядов ЦОУ). 3. Предельно допускаемая погрешность - может задаваться числом, формулой или таблицей.
4. Частотный диапазон и условия применения (температура, влажность, давление и т.п.).
5. Входное сопротивление и входная емкость.
6. Быстродействие и время преобразования (для цифровых приборов).
Слайд 512.4.1. Электромеханические вольтметры и амперметры
В таких приборах энергия измеряемого
сигнала непосредственно используется для механического перемещения указателя («стрелки»), относительно шкалы.
Магнитоэлектрический прибор – его условное обозначение, указываемое в углу шкалы, символизирует подковообразный магнит, в поле которого поворачивается рамка, по которой протекает измеряемый ток. Прибор измеряет среднее значение тока с достаточно высокой точностью и чувствительностью. 
Слайд 522. Выпрямительный прибор – комбинация
магнитоэлектрического прибора и диодного
мостика. Предназначен для измерения переменного тока и напряжения синусоидальной формы
в соответствии с уравнением преобразования:(коэффициент градуировки 1,11 обеспечивает переход от средневыпрямленного к среднеквадратическому значению синусоидального сигнала)
Магнитоэлектрические и выпрямительные приборы до настоящего времени используют в простых приборах для измерения тока, напряжения и сопротивления - «тестерах».
Слайд 533. Прибор электромагнитной системы. Его условное обозначение символизирует электромагнит –
катушку, по которой протекает измеряемый ток. Прибор измеряет с невысокой
точностью среднеквадратическое значение тока или напряжения вместе с постоянной составляющей, если она есть.Хорошо выдерживает перегрузки. Основная область применения – измерения напряжения и тока в силовых сетях с частотой 50 Гц или 400Гц.
Слайд 54
5. Электростатический прибор. Его условное обозначение символизирует две группы пластин
– подвижные и неподвижные. При подаче постоянного или переменного напряжения
подвижные пластины поворачиваются и втягиваются внутрь системы неподвижных пластин.Прибор измеряет действующее значение как постоянного, так и переменного напряжения. Имеет низкую чувствительность, основная область применения – аналоговые киловольтметры.
Очевидно, что все рассмотренные электромеханические приборы имеют открытые входы.
Слайд 552.4.2. Электронные вольтметры
Структурная схема простейшего электронного вольтметра постоянного напряжения
состоит из трех узлов:
входного устройства, обеспечивающего большое входное сопротивление -
порядка 10МОм,усилителя постоянного напряжения с переключаемым коэффициентом усиления – для переключения поддиапазона измерения,
магнитоэлектрического прибора - в аналоговых вольтметрах, или АЦП и цифрового отсчетного устройства – в цифровых вольтметрах.
Слайд 56Электронные вольтметры переменного напряжения имеют, как правило, закрытый вход (за
исключением импульсных вольтметров). Разделительный конденсатор устанавливают непосредственно на входе прибора.
Главные узлы электронных вольтметров - преобразователи переменного напряжения в постоянное (детекторы).
Слайд 57Преобразователи среднеквадратического значения в настоящее время выполняют с использованием специальных
микросхем, реализующим операцию возведения в квадрат измеряемого сигнала (как функции
времени):
Слайд 58Пиковые (амплитудные) детекторы устанавливают непосредственного на входе вольтметра. Они имеют
две модификации – с открытым и закрытым входом.
Пиковый детектор
с открытым входом используют в импульсных вольтметрах, уравнение преобразования для которых: Uшк= max[u(t]). Напомним, что импульсные вольтметры градуируют (как исключение из общего правила) по максимальному значению (амплитуде) синусоидального сигнала.
Слайд 59Преобразователь среднего выпрямленного значения реализуют с помощью двухполупериодного выпрямителя на
диодном мостике, включенного в цепь обратной связи операционного усилителя. Единственное
преимущество такого преобразователя – он дешевле преобразователя среднеквадратического значения.Сейчас выпрямительные преобразователи в электронных вольтметрах практически уже не используют.
Слайд 60Амплитудные детекторы с закрытыми входами используют для создания широкополосных вольтметров
синусоидальных сигналов.
Такие вольтметры градуируют по среднеквадратическому значению синусоидального сигнала
– вследствие этого в уравнении преобразования появляется коэффициент 0,707:Uшк=0,707∙max[u(t)-Uср].
Для измерения импульсных сигналов такой вольтметр применять не следует, поскольку его показания будут составлять 0,707 от пикового отклонения «вверх», т.е. не будут равны максимальному значению импульса.
Слайд 61Специальная структурная схема была разработана для обеспечения возможности измерения напряжения
в очень широком частотном диапазоне при очень высокой чувствительности. В
основу положен принцип работы радиоприемных устройств с гетеродинным преобразованием частоты, а соответствующие приборы называют селективными вольтметрами.
Слайд 62Селективные вольтметры измеряют напряжение в относительно узкой полосе частот измерительного
фильтра, частоту настройки которого можно менять в очень широких пределах
– от десятков кГц до десятков ГГц.Ширину полосы частот этого фильтра также можно выбирать в широких пределах: от сотен Гц до нескольких МГц.
В анализаторах спектра используют автоматическую перестройку частоты измерительного фильтра (сканирование), что позволяет графически отобразить на дисплее спектр измеряемого сигнала – распределение напряжения или мощности в зависимости от частоты.
Суммарное напряжение (или мощность сигнала) в выбранной полосе частот можно рассчитать по полученному спектру с использованием встроенного процессора.
Слайд 631. Уравнение преобразования:
где:
К – коэффициент градуировки,
G(f)-
спектральная плотность мощности измеряемого сигнала,
- АЧХ измерительного фильтра,
f1 и f2 - пределы интегрирования спектра по частоте.
Прибор измеряет среднеквадратическое значение напряжения (или мощности), в полосе частот измерительного фильтра или в полосе сканирования.
Градуировка обычно не только в вольтах и ваттах, но также в логарифмических единицах:
в дБ относит. микровольта: 1 дБ(мкВ) = 20 log (Uизм/1мкВ), или
в дБ относит. милливатта: 1 дБм = 10 log (Ризм/1мВт).
Слайд 642. Верхняя граница диапазона измерения мощности сигналов (определяемая нелинейными эффектами)
– порядка 0дБм, нижняя граница, определяемая собственными шумами прибора, –
порядка минус 115….120 дБм, т.е. чувствительность селективных вольтметров и анализаторов спектра чрезвычайно высока.3 Ширина полосы частот измерительного фильтра (так называемая разрешаемая полоса - RBW) может быть выбрана пользователем из ряда 1кГц, 3 кГц, 5 кГц, 10 кГц,…. и т.д. до 10 МГц.
Слайд 654. Диапазон измеряемых частот у некоторых анализаторов спектра может простираться
от нескольких десятков Гц до нескольких десятков ГГц. С дополнительным
внешним смесителем верхняя граница может быть продлена до 400 ГГц.5. Погрешность хороших анализаторов спектра порядка ±(0,5…1)дБ, что соответствует относительной погрешности
δ = ± (5…8)% .
6 Параметры Rвх и Свх определяются конструктивным исполнением входных цепей приборов. Обычно анализаторы спектра предполагают проведение измерений на согласованной кабельной нагрузке 50 или 75 Ом, что обеспечивает малое влияние подключения прибора на результат измерения.
Слайд 66На рисунке показан спектр сигнала передатчика базовой станции мобильной связи
стандарта GSM на дисплее анализатора спектра:
Слайд 67Этот рисунок можно упрощенно интерпретировать как графическое представление показаний большого
числа амплитудных вольтметров (в данном примере их 401), каждый из
которых имеет ширину полосы на уровне 3 дБ порядка 1 кГц.Но все вместе они дают представление о распределении энергии в полосе шириной 500 кГц. Маркером отмечены результаты измерения частоты и мощности характерной спектральной составляющей сигнала передатчика БС GSM
