Измерение уровней напряжения
4.1 Классификация и принцип построения измерителей уровня
Измерители уровнейнапряжения – приборы, проградуированные в логарифмических единицах (в отличие от вольтметров, которые градуируются в абсолютных единицах напряжения). Градуировка ИУ обычно осуществляется в абсолютных уровнях по напряжению в дБ, т. е. за нулевой уровень принимается 0,775 В среднеквадратического значения напряжения синусоидальной формы. Переход от измеренного абсолютного значения уровня по напряжению L2, дБ, к величине напряжения осуществляется по формуле U=0,775*10 0,05L2 .
Измерители уровня напряжения кроме градуировки отличаются от вольтметров требованиями к входному устройству. Эти требования обусловлены двумя способами включения ИУ:
первый способ – параллельно уже имеющемуся в цепи сопротивлению; в этом случае ИУ должен иметь как можно большее сопротивление, чтобы не изменить режим работы цепи и не дать большой погрешности при определении уровня напряжения, имевшего место на нагрузке до его подключения;
второй способ – в качестве нагрузки, на которой измеряется уровень напряжения. Во втором случае входное сопротивление ИУ выбирается, соответствующим одному из стандартных сопротивлений для цепей проводной связи: 600, 135, 75 Ом. Обычно низкоомное входное сопротивление получается подключением с помощью тумблера параллельно входу ИУ резистора с соответствующим сопротивлением. Большое входное сопротивление обычно составляет 50 кОм.
Часто ИУ имеет две шкалы: одну, проградуированную в абсолютных уровнях напряжения для 600-омной цепи (нулю соответствует 0,775 В), другую для 135-омной (нулю соответствует 0,367 В) или же одну для 135-омной и вторую для 75-омной (нулю соответствует 0,274 В).
U*I = U2/Zн = 1мВт => U = 
.
Входное устройство ИУ, использующихся на воздушных и симметричных кабельных цепях, содержит обычно трансформатор, симметричный относительно земли.
Измерители уровня делятся на два типа: широкополосные и избирательные.
Широкополосные ИУ не имеют элементов, обеспечивающих ограничение полосы частот. Они используются в случаях, когда необходимо оценить уровень какого-либо многочастотного сигнала, а также, когда сигнал представляет собой гармоническое колебание, практически не искаженное помехами и гармониками.
Избирательные ИУ предназначены для измерения отдельных составляющих многочастотного сигнала, измерений в системах уплотнения в полосе телефонных каналов и частотных интервалах между каналами ТЧ без перерыва связи, измерений больших затуханий и т. п.
Широкополосные измерители уровня подразделяются по классу точности, рабочим диапазонам частот, пределам измерений, входным устройствам (симметричным или не симметричным относительно земли), чувствительности, типам применяемых детекторов.
Измерители уровня избирательного типа характеризуются возможностью получения узкой полосы пропускания и «перемещения» ее по частотному диапазону. Избирательные ИУ часто конструктивно объединяются с широкополосными. При этом измеритель уровня может использоваться как в узкополосном, так и в широкополосном режиме.
В качестве примера рассмотрим универсальный измеритель уровня П-326-2.
Онпредставляет собой широкополосный и селективный измеритель уровня напряжения электрических сигналов и предназначен для использования при измерениях параметров линий связи, каналов и трактов систем связи с частотным разделением каналов при их настройке, эксплуатации и ремонте. Прибор может эксплуатироваться в полевых условиях при температуре от -10° С до +50° С, а так же при относительной влажности 95...98% при 35° С.
Прибор обеспечивает:
плавную настройку на частоту измерения;
высокую избирательность по частоте;
цифровую индикацию частоты настройки и измеряемого уровня;
измерение уровня с разрешающей способностью 0,01дБ;
симметричный и коаксиальный входы;
демодуляцию сигнала из любой области рабочего диапазона частот в спектр ТЧ с прямым и инверсным преобразованием по частоте;
возможность дистанционного управления параметрами и режимами в коде 8-4-2-1- (Цифры в названии кода означают вес единиц в соответствующих двоичных разрядах. Он соответствует первым десяти комбинациям натурального двоичного кода (табл. 2.1)).;
возможность синхронной перестройки по частоте с измерительным генератором П-326-1;
высокую стабильность к механическим воздействиям.
| Число в десятичном коде | Двоично-десятичный код 8-4-2-1 | Двоично-десятичный код 5-1-2-1 |
Основные технические характеристики:
| 1. Диапазон частот, кГц, | 0,2...2100 | ||
| 2. Диапазон измеряемых уровней в широкополосном режиме, дБ в селективном режиме, дБ | -69,9...+30 -109,9...+20 | ||
| 3. Основная погрешность измерения уровня в широкополосном режиме, дБ в селективном режиме, дБ | не более +0,2 не более +0,5 | ||
| 4. Полосы пропускания в селективном режиме, кГц | 0,025; 0,2; 3,1 | ||
| 5. Вход прибора, Ом 6. симметричный 7. коаксиальный | 150; 600; высокоомный 75; высокоомный | ||
| 6. Избирательность в селективном режиме, дБ | 70...80 | ||
| 7. Затухание собственной нелинейности на пределе измерения минус 60 дБ, дБ | не менее 69 | ||
| 8. Мощность, потребляемая прибором от сети переменного тока 220 В., ВА | не более 140 | ||
| 9. Масса прибора, кг | не более 45 | ||
| 10. Габаритные размеры, мм | 500 x 480 x 260 |
Рассмотрим типовой измеритель уровня ИК-25-1. Этот прибор обеспечивает измерение уровней напряжения в широкополосном режиме в диапазоне частот 0,5 ... 25 МГц и предназначен для проведения измерений в системах передачи организованных по коаксиальному кабелю. Сигнал поступает на вход либо непосредственно на аттенюатор, либо через выносное устройство. Выносное устройство обеспечивает получение высокого входного сопротивления. При его применении активная составляющая входного сопротивления Rвх=50 кОм, входная емкость 10 пФ. Если выносное устройство не используется, входное сопротивление равно 75 Ом. Применение аттенюатора и последовательно с ним включенного широкополосного усилителя позволяет измерить уровни по напряжению –60 ... +10 дБ при низкоомном входе и –50 ... +25 дБ при высокоомном входе.
Детектирующее устройство выделено в отдельный блок. Преобразование переменного напряжения в постоянное осуществляется с помощью вакуумного термопреобразователя. Применение термопреобразователя позволяет получать сигнал, пропорциональный среднеквадратическому значению измеряемого напряжения в широком диапазоне частот.
Избирательные ИУ различаются по назначению:
а). избирательные ИУ, предназначенные для измерения основной составляющей при относительно малых уровнях помех и гармоник;
б). ИУ для измерения основной составляющей, но при относительно больших напряжениях помех (иногда при отношении сигнал-помеха меньше единицы);
в). ИУ для измерения не только основной составляющей, но и любой другой составляющей спектра, отличающейся от основной гармоники по амплитуде в 1000...2000 раз;
г). ИУ для измерения только малых и определенных составляющих спектра в присутствии доминирующих сигналов.
Избирательные ИУ характеризуются числом применяемых преобразований частоты и видом продуктов преобразований, используемых в качестве колебаний ПЧ. В современных высококачественных приборах число преобразований частоты иногда доходит до четырех. В качестве колебаний ПЧ используются как суммарная fпр = fг+fc, так и разностная fпр = fг – fc частоты, получаемые на выходе преобразователя частоты, здесь fг – частота гетеродина, fc – частота сигнала. Низкочастотное преобразование с использованием частоты fг < fc min применяется только в индикаторах из–за существенного влияния зеркальных составляющих. Высокочастотное преобразование с fг > fc max используется чаще. В первом случае ПЧ может быть равной fпр=fc±fг, а во втором случае fпр=fг±fc.
На рисунке 4.2 приведены упрощенные структурные схемы избирательных ИУ. На рисунка 4.2,а представлена схема ИУ с одной ступенью преобразования, а на рисунке 4.2,б – с двумя. В первой ступени преобразования обычно используется частота гетеродина, превышающая частоту сигнала и fпр=fг-fc. Это позволит избавиться от ряда паразитных составляющих. Многократное преобразование частот производится для повышения избирательности, а также, когда измерение необходимо производить в широкой полосе частот. Следует отметить, что избирательный ИУ требует определенных навыков работы с ними. В определенных случаях в них могут появляться ложные показания. Для избегания возможных ошибок следует детально ознакомиться с особенностями конкретной схемы ИУ и точно следовать рекомендациям заводской инструкции.
Рисунок 4.2 - Упрощенные структурные схемы избирательных ИУ
Входные цепи ИУ и вопросы согласования
При выборе способа подключения ИУ к линии существенное внимание уделяется его входным цепям.
Следует рассмотреть различие симметричного и несимметричного входных устройств. Приборы с несимметричным «заземленным» входным устройством нельзя применять для проведения измерений в симметричных цепях, например в двухпроводных линиях. Так, подключение ИУ с несимметричным входом для измерения уровня напряжения на выходе симметричной линии приведет к тому, что один из проводов линии будет заземлен и ИУ измерит не уровень напряжения, действующего между проводами, а напряжение между проводом и землей. Аналогичные явления возникают и при применении ИУ с несимметричным входным устройством, если не применять его заземления. В этом случае проявляется влияние емкостей относительно окружающих металлических предметов, земли, а также рук испытателя.
К входному сопротивлению прибора предъявляются довольно жесткие требования. При параллельном подключении Иу к нагрузке измерительной цепи его входное сопротивление должно быть возможно большим. Точное значение сопротивления здесь не имеет решающего значения, поэтому в справочниках точное значение сопротивления высокоомного входа ИУ не указывается. В том случае, когда ИУ является нагрузкой линии, необходимо точное согласование, поэтому к значению входного сопротивления ИУ предъявляются жесткие требования. Кроме того, входное сопротивление должно быть чисто активным. На практике приходится ограничиваться некоторым минимально-допустимым значением высокого входного сопротивления и вводить разумные допуски по модулю и углу для низкого входного сопротивления.
Дата добавления: 2015-08-21; просмотров: 4069;