Контрольная работа / 1- 5_Измерительная техника

Министерство общего и профессионального образования

Российской Федерации

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)

Кафедра промышленной электроники (ПрЭ)

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА№ 1

По предмету: «ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И ДАТЧИКИ»

Вариант №5

Выполнил:

Студент гр.___

_____________

Проверил:

_____________

_____________

2003

1. Контрольное задание

7.1. Электромеханические измерительные приборы.

5. Амперметр с термоэлектрическим преобразователем включенный в цепь по которой проходит ток, имеющий форму однополярных прямоугольных импульсов со скважностью 9, имеет показание 1А. Найти амплитуду тока в импульсе. Определить показание магнитоэлектрического амперметра включенного в ту же цепь.

Термоэлектрический прибор представляет собой соединение одного или нескольких термопреобразователей и магнитоэлектрического измерительного прибора. Магнитоэлектрический измерительный прибор, измеряемый термо-э.д.с., градуируется в действующих значениях измеряемого тока.

Сигнал имеет длительность относительно периода:

,

где q-скважность,

T-период.

Показания прибора:

Следовательно,

Из теории магнитоэлектрических систем известно, что угол отклонения подвижной части пропорционален среднему значению тока за период.

Ответ: Iм=3А, I_{маг_эл}=0.33А

7.2. Аналоговые электронные вольтметры.

5. Найти показания вольтметра вида В3 с пиковым детектором и закрытым входом при измерении им напряжения сигнала u(t), если Um=10B.

Вольтметр вида В3 с закрытым входом отреагирует на пиковое положительное значение сигнала u*(t). Найдем постоянную составляющую сигнала

Т. К. шкала вольтметра градуирована в пиковых значениях,

Ответ: Uv=9.534B

7.3. Цифровые вольтметры.

3. Для цифрового вольтметра с двойным интегрированием определить максимальное измеряемое напряжение, если максимальная быстродействие счетчика 10МГц, опорное напряжения 10В, время интегрирования выбрано из условия подавления помехи с частотой сети 50Гц. Определить погрешность дискретности при измерении напряжения в 2 раза меньше максимального.

В условии задачи не задана емкость счетчика. Определим ее как стандартную N_max=10000. Из условия кратности периода помехи и времени переполнения счетчика:

,

где Fп – частота помехи;

Примем m=2, n=1;

Отсюда:

Определим погрешность измерения U_x=2.5B. Если не учитывать нестабильность частоты генератора то относительная погрешность будет пропорциональна среднеквадратической:

Ответ: U_max=2B,

7.4. Электронно-лучевые осциллографы (текстовая работа).

5. Изобразить осциллограмму полученную на экране осциллографа, если на Y вход подается исследуемого синусоидального напряжения с периодом T=2мс, на X вход линейно развертывающееся напряжение с T_p=4мс, время прямого хода луча t_пр в три раза больше времени обратного хода луча t_обр. ЭЛТ во время обратного хода луча не запирается.

Из условия задачи следует, что время прямого хода луча t_пр=3мс, а время обратного t_обр=1мс.

На экране осциллографа будет картина:

7.5. Измерение временных интервалов, частоты и фазового сдвига.

16. Определить требуемую частоту генератора счетных импульсов цифрового фазометра с время-импульсным преобразованием, если при измерении фазового сдвига сигналов с частотами, лежащими в диапазоне 10кГц-1МГц, абсолютная погрешность дискретности не должна превышать 0.01%.

Погрешность дискретности не будет превышать 0.01%, если частота f₀ счетных импульсов будет не меньше чем:

,

где f-максимальная частота преобразования;

φ-угол преобразования;

σ_δ-погрешность преобразования.

Угол примем φ=0.01^o, чтобы погрешность не превышала 100%, частоту f=1МГц. Тогда минимальная частота:

Ответ:

7.6. Измерение параметров электрических цепей.

1. Определить индуктивность и добротность катушки на частоте 50Гц при измерении ее мостовым методом, если известно, что балансировка моста производится переменным резистором и переменной емкостью, соединенными последовательно и при балансе моста были получены следующие результаты:

Емкость образцового конденсатора: С_об=2.54 нФ

Сопротивление переменного резистора: R_об=10 Ом

Сопротивления резисторов в других плечах моста равны: R=150 Ом

Д ля схемы измерения представленной на рисунке, имеем:

индуктивность и сопротивление катушки:

Добротность катушки:

Ответ: L_x=57.15мкФ,

7.7. Измерение мощности.

4. Сигнал с частотой 50Гц подключен к нагрузке представляющей собой последовательное соединение дросселя, с индуктивностью 91.9мГн и активного сопротивления резистора, равного 50Ом, на котором измерено напряжение вольтметром действующего значения. Показание вольтметра 220В. Определить активную, реактивную и кажущуюся мощность сигнала, падающей в нагрузке.

Активная мощность:

Максимальный ток:

Индуктивное сопротивление:

_{Реактивная мощность:}

Кажущаяся мощность:

Ответ: P=968Вт, Q=558.2вар, S=1117.41ВА.

7.8. Измерение магнитных величин (текстовое).

5. Измерение магнитной индукции в зазоре постоянного магнита производится с помощью баллистического гальванометра. В исследуемом зазоре помещалась измерительная катушка с числом витков 50, площадью 1.5см², баллистическая постоянная гальванометра . Определить значение магнитной индукции в зазоре, если при удалении измерительной катушки из зазора указатель гальванометра отклонился на 75 дел.

Значение магнитной индукции:

,

где С_Ф - баллистическая постоянная гальванометра;

R – сопротивление катушки и гальванометра;

S_k – площадь сечения витка катушки;

ω – количество витков;

α δ - отклонение гальванометра;

Т.к. значение сопротивления не задано то примем его R=1 Ом. Площадь указана всей катушки в задании, а не одного витка, примем сечение витка 100 мкм².

Ответ: B=0.3 Тл.

7.9. Измерение неэлектрических величин (текстовое).

5. Составить структурную схему аналогового или цифрового электрического прибора для измерения толщины лакокрасочного покрытия стального листа, с использованием трансформаторного измерительного преобразователя.

Описать предположительную конструкцию датчика, его принципы действия и работу прибора в целом, в случае необходимости привести эпюры напряжений и математические соотношения, поясняющие описание. Перечислить принципы возникновения погрешностей измерения, возможные меры по их уменьшению.

С точки зрения автора наиболее целесообразно использовать зависимость величины индуктивности катушки от величины зазора в магнитопроводе трансформатора.

Зависимость L=F(σ) нелинейная и применяется обычно при малых измеряемых величинах зазора.

,

где величина Zм является функцией величины воздушного зазора магнитопровода.

Схему измерения предлагается выполнить на микропроцессорном управлении. Функционально схема представляет собой:

Погрешности при такой схеме будут состоять из погрешностей формирователя синусоиды и схемы индикации т.к. выходная зависимость нелинейная. Реакцию якоря которая присутствует в схеме измерительного трансформатора можно аппроксимировать в микропроцессоре как и все остальные нелинейности и известные погрешности.