Электрорадиоизмерения (В. И. Винокуров)

Рене н з е н т: кафедра метрологии и стандартизации Минского радиотехнического института (зав. кафедрой — д-р техн. наук, проф. А. С. Елизаров) Винокуров В. И., Каплин С. И., Петелин И. Г. В49 Электрорадиоизмерения: Учеб. пособие для радиотехнич. спец. вузов/Под ред. В. И. 'Винокурова. — 2-е изд., перераб. и доп.— М.: Выс1п шк., 1986.— 351 с.: ил, В перл 1 р. !О к. В кинге рассмотрены соаременные методы н средства нзмереннй злектрнческнх н раднотехннческнк зелнчкн, оснозные метродогкческне понптнн, ыыменты теорнк погрешзосгей к др. Во т-е йзланне (1-е — а Штб гл заеден материал о прнборном пнтерееясе, обеспечназющем объеднненне нзмернтелькык нркбооон с эвм. ББК 32.842 602.08 2402020000 — 186 В 133 — 86 001(01) — 86 ББК 32.842 В49 УДК 621.317.7 © Издательство «Высшая школа», !976 © Издательство «Высшая школа», 1986, с изменениями 'Г(РЕДИСЛОВИЕ Для успешного выполнения плановых заданий на двенадцатую пятилетку в части ускорения научно-технического прогресса в нашей стране, повышения качества продукции и производительности труда особое внимание должно уделяться измерительной технике и обеспечению высокой подготовки будущих инженеров в области электро- и радионзмерений.

Предполагается, что. в результате изучения к~урса «Электрорадноизмерення» студенты должны: знать методы измерения основных электротехнических и радиотехнических величин, понимать принципы построения современных измерительных схем и приборов, знать области их применения, усвоить теорию и методы расчета погрешностей, а также пути нх уменьшения, приобрести навыки эксплуатации радиоизмерителькых приборов основных типов (главным образом в процессе лабораторных занятий). Материал пособия изложен с учетом физико-математической подготовки студентов (в том числе по разделу теории вероятностей), а также изучения ими курсов «Теоретические основы электротехники», «Радиотехнические пепи и сигналы».

Внедрение в измерительную техник~у микропроцессоров обеспечило дальнейшее развитие средств измерений, создание нового поколения программируемых измерительных приборов с повышенными метрологическими характеристиками. За последние годы заметно изменилась н роль отдельных измерительных приборов. Онн все чаще становятся источниками первичных данных автоматизированных систем сбора, передачи, обработки и отображения (регистрации) измерительной информации. Последнее привело к необходимости ознакомить студентов с вопросами построения стандартных интерфейсов для измерительной техники.

учитывалось также и то„что выпускники вузов должны не только грамотно использовать или разрабатывать промышленные измерительные средства, ио и создавать измерительные схемы или ~установки частного применения для решения конкретных производственных или научных задач. В основу настоящего учебного пособия положены лекции, которые в течение ряда лет авторы читают в Ленинградском электротехническом институте им. В. И. ульянова (Ленина).

Кроме авторов в работе над рукописью принимали участие: д-Р техн. наук, проф. А. Г. Варжапетян 5 13.5); д-р техн. наук, проф. И. Ф. Шишкин (гл. 1; 2); лауреат Ленинской и Государственной премий канд. техн. наук, доц. И. Ю. Кривцов ($10,5); канд. техн. наук А. А. Данилин 5 15.5; гл. 6). Авторы благодарны коллективу кафедры «Метрология и стандартизация» Минского радиотехнического инстипута (зав.

кафедрой — д-р техн. наук, проф. А. С. Елизаров) за доброжелательную критику и рекомендации, способствовавшие улучшению содержания книги. Авторы также признательны старшему инженеру Г. Н. Сорокиной за помощь при выполнении отдельных расчетов и оформлении рукописи. Все замечания и пожелания просим направлять по адресу: 101430, Москва, ГСП-4, Неглинная рл., 29/14, издательство «Высшая школа». Авторы Для перевода производства на преимущественно интенсивный', путь развития следует добиться кардинального повышения произ- ! водительности общественного труда и на этой основе ускорить ,' темпы экономического роста.

Чтобы решить эти задачи необхо- ~ димы: наращивание выпуска продукции, определяющей техниче-! ский прогресс в народном хозяйстве; значительное увеличение; масштабов создания, освоения и .внедрения в производство новой ~ высокоэффективной 'техники; повышение технического уровня вы- .' числительной техники, приборов и средств автоматизации на ос- ~ нове новейших достижений микроэлектроники, оптоэлектроники! и лазерной техники.

С учетом достижений науки и техники предполагается уско- ' рить внедрение автоматизированных методов и средств контроля! качества и испытания продукции как составной части технологиче-,' ских процессов, применяя при создании новых машин„ оборудова-! ния, аппаратуры и приборов модульный принцип с использованием! унифицированных узлов и агрегатов. Значение и роль измерений и измерительных приборов в развн-! тии науки были оценены многими русскими учеными еще в ХЧШ в.', Первые электроизмерительные приборы в России были разра-', ботаны великим русским ученым Михаилом Васильевичем Ломоно-! совым и его учеником академиком Георгом Рихмаиом в процессе ~ исследований атмосферного электричества. С развитием электротехники разрабатывались новые методы! ' измерений, создавались измерительные приборы.

Большой вклад в ~ развитие электрических измерений в России внесли Михаил Осино- ~ вич Доливо-Добровольский, Борис Семенович Якоби, выдающийся ~ физик Александр Григорьевич Столетов. ' В 1883 г. Дмитрий Иванович Менделеев основал в Петербурге Главную палату мер и весов, став ее первым директором. Это он! отметил: кНаука начинается там, где начинают измерять». Начало развитию радиоизмерений положил Александр Степа-; нович Попов, крупнейший ученый, которому человечество обязано ~ открытием радио, положившим начало новой эры в развитии на-~ уки, техники и культуры. В 1905 г.

А. С.Попов разработал специальную дифференциаль-~ ную мостовую схему для измерения малых емкостей. С помощью! этого ~устройства проводились исследования влияния такелажа на! работу пудовых антенн. Академик Михаил Васильевич Шулейкин в 1913 г. основал первую в России заводскую лабораторию по изготовлению радиотехнических измерительных приборов. Профессор Электротехнического института Алексей Алексеевич Петровский в тот же период создал первый в России учебник по телеграфным (слаботочным) измерениям. Великая Октябрьская социалистическая революция открыла большие возможности для развития электро- и радиотехники, включая электро- и радиоизмерения.

В результате успешного выполнения пятилетних планов развития народного хозяйства СССР созданы новые заводы, выпускающие современные измерительные средства. В развитии электро- и радиоизмерений существенную роль сыграло создание электронных ламп, электронного осциллографа. С появлением транзисторов и интегральных схем повысились возможности и долговечность приборов.

Огромное влияние на развитие электро- и радиоизмерений оказала вычислительная техника. Методы вычислительной техники внедряются в измерительные приборы, а вычислительные средства широко применяют для обработки и хранения измеренной информации. Измерительная техника продолжает интенсивно развиваться в следующих направлениях: повышаются точность и быстродействие, расширяется частотный диапазон, совершенствуется конструкция радиоизмерительных приборов, для их создания используют последние достижения науки и техники; расширяется и совершенствуется применение средств вычислительной техники, особенно микропроцессоров и микро-ЭВМ; совершенствуются методы и средства автоматизации измерений, расширяется их применение при разработке измерительных приборов и средств контроля качества продукции, а также метрологическое обеспечение измерений, создаются новые эталоны единиц; расширяется номенклатура и улучшаются характеристики преобразователей, применяемых как в измерительной технике, так и в системах управления.

Глава 1 ОСНОВНЬГЕ СВЕДЕНИЯ О МЕТРОЛОГИИ, ИЗМЕРЕНИЯХ И СРЕДСТВАХ ИЗМЕРЕНИИ В 1.1. Измерение физических величин Наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства н способах достижения требуемой точности называется м е трол о гие й. Объектами измерений в метрологии являются физические величины. Под физической величиной понимают свойство, в качественном отношении общее для многих физических объектов (физическнх систем, их состояний н происходящих в них процессов), а в количеСтвенном — индивидуальное для каждого из них.

Индивидуальность в количественном отношении следует понимать в том смысле, что свойство может быть для одного объекта в определенное число раз больше, чем для другого. Из мер е н и е м называется нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. Измерение — это сложная операция, состоящая в,сравнении физической величины с некоторым ее зйачением, принятым за единицу,. выполнении необходимых логических и вычислительных действий и в представлении результата измерений в числовой форме с указанием его точности. Основная цель измерений — количественная.

оценка значения физической величины в принятых для нее единицах. Важнейшей задачей метрологии является обеспечение единства и необходимой точности измерений. Под е д и н с т в о м понимают такое состояние измерений, прн котором их результаты выражены в узаконенных единицах и погрешности измерений известны с заданной вероятностью. В этом случае можно сопоставлять результаты измерений, выполненных в различных местах, в разное время н с применением различных измерительных средств. Для выполнения данных требований и производства измерений необходимо установить системб единиц физических величин и иметь специальные технические средства (средства измерений), с помощью которых можно сравнивать измеряемую н известную величины. Единицы величин должны быть общепринятыми (едннымн».

В 1960 г. Х1 Генеральная конференция по мерам и весам приняла Международную систему единиц (СИ), которая с 1 января 1980 г. введена в нашей стране как обязательная. Наименования, обозначения н правила применения единиц СИ установлены ГОСТ 8.417 — 81. 5 1.2. Средства измерений ' С Р е д с т в о м и з м е р е н и й называют техническое средство„используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические свойства, Средствами измерений являются меры, измерн- тельные преобразователи, измерительные приборы, измерительные б'становки и измерительные системы.

М е р а — средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера. Например; кварцевый генератор — мера частоты электрических колебаний. Измерительный пр ибор — средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, дост|упной для непосредственного восприятия наблюдателем.