58. Классификация приборов для измерения силы тока и напряжения.

В соответствии с общей классификацией приборы для измерения силы тока – амперметры – образуют подгруппу А и подразделяются на следующие виды:

А2 – амперметры постоянного тока,

А3 – амперметры переменного тока,

А7 – амперметры универсальные,

А9 – преобразователи тока.

Амперметры, как правило, проектируются на базе электромеханических приборов, которые по принципу своей работы позволяют измерять постоянные и переменные токи низкой частоты. На них распространяются требования ГОСТ 8711—93, который, в частности, устанавливает следующие классы точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5; 4 и 5. Дополнение электромеханических приборов преобразователями переменного тока в постоянный позволяет значительно расширить их функциональные возможности и использовать для измерения тока на радиочастотах.

Гораздо более обширна классификация приборов для измерения напряжения — вольтметров, которые образуют подгруппу В и подразделяются на следующие виды:

В2 – вольтметры постоянного тока,

В3 – вольтметры переменного тока,

В4 – вольтметры импульсного тока,

В5 – вольтметры фазочувствительные,

В6 – вольтметры селективные,

В7 – вольтметры универсальные,

В8 – измерители отношения, разности и нестабильности напряжений,

В9 – преобразователи напряжений.

Вольтметры постоянного и переменного тока низкой частоты также могут проектироваться на базе электромеханических приборов по ГОСТ 8711—93. Однако, в большинстве своем, вольтметры — это представители электронных измерительных приборов, как аналоговых так и цифровых. На электронные аналоговые вольтметры распространяются требования ГОСТ 24314—80. Вольтметры вида ВЗ дополнительно классифицируются по измеряемому параметру напряжения на вольтметры амплитудного (пиковые), среднеквадратического и средневыпрямленного напряжения. Они могут иметь классы точности 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5; 4; 5; 6; 10; 15 и 25.

59. Фильтровые анализаторы спектра

Метод фильтрации является в настоящее время доминирующим при проектировании АС. Сущность метода заключается в применении для выделения и анализа составляющих спектра селективных фильтров с узкой полосой пропускания. Можно использовать как совокупность идентичных узкополосных фильтров, каждый из которых настроен на определенную частоту так и один фильтр, перестраиваемый в широкой полосе частот. В первом случае реализуется параллельный способ анализа спектра, а во втором – последовательный.

Параллельный способ анализа спектра позволяет выделить и проанализировать все составляющие спектра одновременно. Он реализуется с помощью совокупности идентичных фильтров, каждый из которых настроен на определенную частоту и выделяет одну спектральную составляющую. Схематично это можно представить следующим образом (рисунок 6.17,а)

Рисунок 6.17 – Диаграммы, поясняющие параллельный (а), и последовательный (б) способы анализа

Структурная схема АС, реализующего этот способ, имеет следующий вид (рисунок 6.18):

Рисунок 6.18 – Структурная схема фильтрового АС параллельного действия

Исследуемый сигнал после ВУ одновременно поступает на n фильтров (Ф₁…Ф_n), каждый из которых имеет узкую полосу пропускания. Напряжения на выходе фильтров определяются соответствующими составляющими спектра анализируемого сигнала . Далее спектральные составляющие после детектирования квадратичными детекторами ( ) напряжения, соответствующие составляющим энергетического спектра , фиксируются индикаторами (И₁…И_n). Время анализа определяется временем установления напряжений на выходах фильтров и временем, необходимым для съема показаний индикаторов. Таким образом для выделения спектральных составляющих сигнала в диапазоне частот необходимы n фильтров с полосой пропускания каждого . Полоса пропускания фильтра определяет статическую разрешающую способность анализатора, при условии, что велико.

Разрешающая способность анализатора – это его способность различать гармонические составляющие спектра с близкими частотами. Чем уже , тем выше разрешающая способность анализатора. При широкой полосе пропускания несколько гармонических составляющих не будут разделяться.

Поскольку частотный интервал между соседними гармоническими составляющими спектра в общем случае не известен и может изменяться в определенном диапазоне при перестройке , анализ спектра этим АС возможен только тогда, когда частоты настройки фильтров расположены равномерно по шкале частот, а полосы пропускания их обеспечивают сплошное перекрытие всего анализируемого диапазона частот. Это, в свою очередь, возможно, если полосы пропускания фильтров равны расстройке между соседними фильтрами , т.е. при идеальной прямоугольной АЧХ фильтра можно полагать, что = . Однако для реальных фильтров =2 . Если время анализа сигнала мало, то имеет место динамическая разрешающая способность. Если требование =const выполняется достаточно легко, то для обеспечения постоянства =const добротность фильтров должна нарастать пропорционально росту , что является достаточно сложной задачей и ограничивает диапазон рабочих частот АС. Также из-за недостаточной степени фильтрации фильтров возможны искажения воспроизводимого спектра.

Необходимое время анализа для правильного воспроизведения спектра можно приблизительно оценить следующим образом. Время анализа при параллельном способе может быть принято равным – времени установления напряжения на выходе фильтра с прямоугольной частотной характеристикой и рабочей полосой (от уровня 0,1 до уровня 0,9 от установившегося значения).

Известно из теории фильтров, что время установления и, следовательно,

(6.20)

Скорость параллельного анализа равна

(6.21)

Из формулы (6.21) видно, что скорость анализа резко снижается при уменьшении полосы пропускания фильтра. Погрешность при параллельном анализе спектра определяют в основном следующие факторы: конечность времени установления колебаний на выходе фильтра и зависимость ее от полосы его пропускания; неодинаковость характеристик фильтров, настроенных на разные частоты.

Достоинства метода: высокая скорость анализа, возможность проведения анализа в реальном масштабе времени как для периодических, так и для непериодических сигналов.

Недостаток: сложность аппаратурной реализации из-за чего они и не получили широкого распространения. Анализаторы спектра такого типа применяются в основном для анализа спектров одиночных импульсных сигналов.

При последовательном способе анализа мы имеем только один фильтр, который перестраивается в широком диапазоне частот и последовательно выделяет спектральные составляющие исследуемого сигнала (рисунок 6.17,б).

Структурная схема АС, реализующего этот способ значительно проще и приведена на рисунке 6.19.

Рисунок 6.19 – Структурная схема фильтрового АС последовательного действия

Достоинства: простота аппаратурной реализации.

Недостатки: малая скорость анализа, невозможность анализа спектра непериодических сигналов, узкий диапазон рабочих частот.

Комбинированный способ сочетает в себе достоинства параллельного и последовательного способов анализа и позволяет создавать перспективные комбинированные АС.