Погрешности измерений. Измерение токов и напряжений. Приборы анализа электрических сигналов. Измерение напряженности поля и помех, страница 2

Государственный эталон (ГЭ) – это устройство, воспроизводящее данную физическую величину с наивысшей точностью, которая требуется на конкретный период развития техники. Обычно ГЭ создаются в двух экземплярах на страну (второй эталон – копия для слежения за их совместной продолжительной работой) и от ГЭ ФВ методом сравнения передается тем или иным способом – рабочему эталону, по которому сличаются образцовые приборы. Обеспечение нормальной работы верхней части поверочной схемы – обязанности учреждений Госстандарта.

Чтобы понять необходимость государственной метрологической службы, пояснить требования к ГЭ приведем требования к точности измерения времени от древних времен до современной цивилизации.

Древние греки для контроля времени использовали солнечные часы с точностью ±0.5 часа. Развитие мореплавания потребовало для определения географической долготы знать время кульминации светила (Солнца) с точностью до ±1 мин. за время многомесячного путешествия, так как перемещение корабля на 1 угловую минуту равно 1 миле (1852 м). Отсюда появились очень точные морские хронометры.  Настоящее время для целей космонавтики необходимо иметь уход «часов» не более чем на 100 мкс! Таким образом рабочие приборы измерения времени должны иметь точность 10^-10 %!

Столь же высокие требования предъявляются к точности измерения частоты  (Гц) в технике связи. Время и частота – взаимосвязанные ФВ, они обеспечиваются одной и той же службой времени и частоты в стране очень похожими, по принципу работы, измерительными приборами.

Сами же средства измерения по роду работы подразделяются на аналоговые и цифровые, а по сложности исполнения на: измерительные механизмы (ИМ) – устройства, преобразующие электрические величины в механическое перемещение стрелок, или измерительные приборы (ИП) – устройства, имеющие электронные усилители-преобразователи с оконечным измерительным механизмом (ИМ’ом).

В технике связи из-за широкого диапазона рабочих амплитуд, частот подавляющее число составляют ИП. При этом усложняется как сам процесс их создания, так и методы оценки результирующей погрешности измерений. А задача инженера не только ответить на вопрос чему равен результат контроля, но, главное, с какой точностью получен ответ. Радиотехнические измерения очень сложны и без оценки результирующей точности (ошибки измерения) сравнивать или анализировать результаты невозможно.

С точки зрения методов измерения они бывают

1.  Прямые, когда в ИП не происходит изменение вида ФВ и результат отклонения ИМ (угол α стрелки) прямо пропорционален искомой величине. Например вольтметр измеряет «В», амперметр – «А».

2.  Косвенное измерение, когда измеряют некоторые влияющие параметры, а по известным формулам затем рассчитывается искомая физическая величина. Например, измерение мощности на высоких частотах (более 100 кГц) невозможно путем перемножения В на А, как это обычно делают на низких частотах. Измерение тока – это последовательное включение с нагрузкой индуктивности (или сопротивления), которая и обеспечивает измерение тока. На высоких частотах последовательно с нагрузкой ничего включать нельзя, можно лишь параллельно включать очень большое сопротивление. Поэтому ваттметры высоких частот – это квадратичные вольтметры, которые проградуированы в наборе известных R_н (50, 75, 600) Ом, то есть идет измерение «Ом», «В» и вычисляется  - [Вт]. В процессе измерения в ИП’е происходит смена ФВ, при этом расчет результирующей погрешности усложняется.

3.  Совместные измерения, когда в основном ИП работает косвенным методом, но в отдельных точках (точки калибровки) проводятся прямые измерения. Например, осциллограф для более точного измерения длительности импульса имеет встроенный калибратор ряда значений длительности импульсов, что позволяет исключить нелинейность развертки.

4.  Совокупные, когда с помощью ряда измерений (например, R при различных температурах) находят искомую зависимость (R=f(T⁰)).