Понятие об измерениях и единицах физических величин. Погрешности измерений. Тема 1

Информационное обеспечение обучения
Электрорадиоизмерения: учебник для СПО/ В.Ю. Шишмарев, В.И.Шанин– М.: Юрайт, 2020. – 345 с. ISBN 978—5-534-08586-0
Васильков А.В., Васильков И.А. Источники электропитания: учебное пособие - М:, ФОРУМ, 2015 ISBN: 978-5-91134-436-8

Уровни передачи
Для оценки мощности или напряжения сигналов в технике электросвязи введены относительные логарифмические единицы, получившие название уровней передачи.
Уровни передачи измеряются либо в неперах (Нп), либо в децибелах (дБ).

Уровни передачи
Оценка количественных соотношений между мощностями, напряжениями или токами обычно дается в относительных единицах, выраженных в логарифмической форме и называемых уровнями передачи.

Уровни передачи
Абсолютным уровнем мощности называется отношение активной мощности сигнала в измеряемой точке цепи передачи к активной мощности 1 мВт, выраженное в логарифмических единицах:
или
где Р – активная мощность, мВт.

Уровни передачи
Активная мощность – это среднее значение мгновенной мощности (p(t) = u(t)*i(t)) за период, равное произведению действующих значений тока и напряжения

Уровни передачи
Абсолютным уровнем напряжения называется отношение напряжения в измеряемой точке цепи передачи к напряжению 775 мВ, выраженное в логарифмических единицах:
где U – действующее значение напряжения, мВ.
или
На нагрузке 600 Ом напряжение 775 мВ дает ток 775/600 = 1,29 мА и мощность 0,7752 / 600 = 0,775 * 1,29 = 1 мВт.

Уровни передачи
Абсолютным уровнем тока называется отношение тока в измеряемой точке цепи передачи к току 1,29 мА, выраженное в логарифмических единицах:
или
Если активная мощность сигнала в измеряемой точке цепи передачи равна 1 мВт, то pм = 0, аналогично при U = 775 мВ pн = 0,
а при I = 1,29 мА pт = 0 .
Отметим, что U*I = 775 * 1,29 = 1 мВт.

Уровни передачи
Если активная мощность сигнала в измеряемой точке цепи передачи равна
1 мВт, то pм = 0,
при U = 775 мВ pн = 0,
при I = 1,29 мА pт = 0 .
Отметим, что U*I = 775 * 1,29 = 1 мВт.
Соотношение между неперами и децибелами:
1 Нп ≈ 8,69 дБ,
1 дБ ≈ 0,115 Нп.

Уровни передачи
Относительным уровнем мощности называется отношение мощности в измеряемой точке тракта передачи к мощности сигнала в начале тракта или в точке, условно принятой за начало, выраженное в логарифмических единицах:
где Р2 – мощность в измеряемой точке тракта передачи;
Р1 – мощность в начале тракта передачи или в точке, условно принятой за начало
или

Уровни передачи
Относительным уровнем напряжения называется отношение напряжения в измеряемой точке тракта передачи к напряжению сигнала в начале тракта или в точке, условно принятой за начало, выраженное в логарифмических единицах:
где U2 – напряжение в измеряемой точке цепи;
U1 – напряжение в начале тракта или в точке, условно принятой за начало
или

Уровни передачи
Выражая входящие в формулы мощности и напряжения через их абсолютные уровни, находим, что относительные уровни равны разности абсолютных уровней:
pо.м = pм2 – pм1 ;
pо.н = pн2 – pн1 ,
где pм2 и pн2 – абсолютные уровни мощности и напряжения в измеряемой точке цепи;
рм1 и рн1 – абсолютные уровни мощности и напряжения в начале тракта или в точке, условно принятой за начало.

Уровни передачи
Для обеспечения согласованного включения различных устройств и частей тракта между собой для систем передачи и измерительных приборов стандартизованы номинальные значения нагрузок входных и выходных сопротивлений: 600, 150 или 75 Ом.
В существующей аппаратуре вместо 150 Ом часто используется 135 Ом.
Измерители уровня имеют также высокоомный вход (Zиу=В. Ом или Zиу >6 кОм).

Уровни передачи
При проведении практических измерений оценивают, как правило, только абсолютные уровни напряжения, и в этих значениях градуируются все измерители уровня.
Однако большинство нормированных значений дается в уровнях мощности.

Уровни передачи
Обозначив добавку (второе слагаемое) через ∆р для стандартных значений нагрузок, приведем ее значения:
для ZН= 75 Ом ∆р = 9,0 дБ (1,04 Нп);
для ZН=135 Ом ∆р=6,5 дБ (0,75 Нп);
для ZН= 150 Ом ∆р=6,0 дБ (0,7 Нп) ;
для ZН=600 Ом ∆р=0;
Таким образом, видно, что при измерении на нагрузке 600 Ом уровень мощности численно равен уровню напряжения.

Для измерения абсолютного уровня напряжения в любой точке тракта передачи на вход тракта необходимо подать сигнал от измерительного генератора (ИГ), подключенного к тракту согласованно (ZГ = ZВХ).

Подключение ИУ параллельно
Подключение ИУ высокоомным входом параллельно тракту передачи, при этом нагрузкой предшествующего четырехполюсника (4–пол) служит входное сопротивление последующего (рис.1).
Рис.1. Схема измерения уровня при параллельном подключении ИУ

Подключение ИУ согласованно
2. Подключение ИУ согласованно (Zиу=Zвых) 600–омным или 150 (135)–омным входом, при этом входное сопротивление измерителя уровня является нагрузкой измеряемого тракта передачи (рис. 2). Такое включение возможно, когда требуемое сопротивление нагрузки соответствует одному из входных сопротивлений ИУ.
Рис. 2.Схема измерения уровня при согласованном подключении ИУ

Подключение ИУ параллельно нагрузке
3. Если требуемое сопротивление нагрузки не соответствует входному сопротивлению ИУ, то измеряемый тракт передачи нагружается на сопротивление нагрузки Zн=Zвых, а ИУ подключается высокоомным входом (рис.3).
Рис. 3.Схема измерения уровня при подключении ИУ параллельно нагрузке

Измерители уровня
Измерители уровня подразделяются на широкополосные и избирательные (селективные), которые позволяют измерить напряжение сигнала определенной частоты, выделив его из других сигналов
Широкополосные ИУ не имеют элементов, обеспечивающих ограничение полосы частот.
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.

Универсальный измеритель уровня П-326-2
Он представляет 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.