Контрольная работа / 1- 1_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 №1

Выполнил:

Студент гр.___

_____________

Проверил:

_____________

_____________

2003

1. Контрольное задание

7.1. Электромеханические измерительные приборы.

20. Определить показания амперметров магнитоэлектрической и электромагнитной систем при прохождении через них тока пилообразной формы (рисунок 1) с максимальным значением 2 А.

Рисунок 1

Из теории магнитоэлектрических измерительных механизмов известно, что в магнитоэлектрической системе угол отклонения подвижной части пропорционален среднему значению тока за период, т. е. постоянной составляющей переменного тока. Постоянная составляющая определяется по формуле:

7.2. Аналоговые электронные вольтметры.

Сигнал u(t) для всех задач (рисунок 2).

Рисунок 2

6. Найти пиковое значение сигнала u(t), если при измерении напряжения сигнала вольтметром вида ВЗ с пиковым детектором и закрытым входом показания его были U_v=10 В.

U_m=? В.

Показания электронного вольтметра вида ВЗ с закрытым входом и пиковым детектором для периодического сигнала (синусоиды) в общем виде определяются формулой:

Отсюда находим пиковое значение сигнала:

7.3. Цифровые вольтметры.

6. Цифровой вольтметр частотного преобразования измеряет напряжение (2-10) В. Максимальная частота преобразования составляет 1 кГц. Определить минимальную частоту счётных импульсов для получения погрешности дискретности не хуже 0,1%, учитывая, что цифровое измерительное устройство работает в режиме измерения периода без усреднения.

Максимальное время измерения должно быть равно максимальному интервалу времени счёта импульсов, которое определяется из условия получения заданной погрешности дискретности:

где Fx_max – максимальная частота преобразования;

m – динамический диапазон.

Отсюда определяем минимальную частоту счётных импульсов:

7.4. Электронно-лучевые осциллографы (текстовая работа).

20. Описать принцип создания и назначение ждущей развёртки осциллографа.

Ждущая развёртка применяется для исследования непериодических импульсных напряжений. В этом режиме генератор развёртки запускается перед каждым пришедшем импульсом. К моменту начала каждого импульса напряжение развёртки имеет определённое значение, поэтому начало каждого импульса соответствует одной и той же точке на экране. Поскольку скорость нарастания напряжения развёртки в каждом цикле постоянна, то траектории пятна, вызванные всеми импульсами, совпадают и на экране возникает неподвижная осциллограмма импульса. Длительность прямого хода ждущей развёртки выбирают несколько большей длительности импульса, поэтомму осциллограмма импульса занимает большую часть экрана. Режим ждущей развёртки бывает полезен при периодических импульсных напряжениях с большой скважностью, поскольку, изменяя скорость развёртки, можно установить удобный для наблюдения размер импульса по горизонтали.

7.5. Измерение временных интервалов, частоты и фазового сдвига.

20. На экране двухлучевого осциллографа при измерении фазового сдвига двух синусоидальных сигналов (1 и 2) методом линейной развёртки получено следующее изображение рисунок 3.

Рисунок 3

Определить величину фазового сдвига между сигналами, если коэффициент развёртки K_р=0,1 мкс/дел, а множитель развёртки М_р=1.

Измерим временные отрезки ΔТ и Т, и расчитаем фазовый сдвиг:

7.6. Измерение параметров электрических цепей.

9. Определить ёмкость конденсатора при измерении её методом вольтметра-амперметра, если известно:

частота сигнала – 50 Гц;

показания вольтметра – 11,7 В;

показания амперметра – 0,25 А.

Из формулы:

принимая tgδ=0,001, получаем:

7.7. Измерение мощности.

1. На термо-электрический ваттметр подан сигнал импульсной последовательности со скважностью 500 и мгновенной мощностью 1,5 кВт. Найти показание прибора в абсолютных и относительных единицах.

Данный ваттметр измеряет среднюю мощность P_ср импульсного генератора. При прямоугольной форме импульсов, образующих периодическую последовательность, мощность в импульсе равна:

где Q – скважность импульсов.

Отсюда находим показания прибора:

7.8. Измерение магнитных величин (текстовое).

1. Составить структурную схему и описать принцип работы (с указанием необходимых для этого математических соотношений и эпюр напряжения) цифрового веберметра с частотно импульсным преобразованием.

Структурная схема цифрового веберметра приведена на рисунке 4.

Рисунок 4

Сигнал, частоту которого необходимо измерить, поступает на вход А прибора. Формирующее устройство (ФУ) преобразует синусоидальное напряжение измеряемой частоты в последовательность однополярных импульсов, частота следования которых равна частоте синусоидального сигнала. Эти импульсы поступают на вход временного селектора (ВС). Они проходят в счётчик (ЭС – электронный счётчик) лишь тогда, когда открыты временные ворота, т. е. пока на входе селектора действует стробирующий импульс строго определённой длительности. Последний задаётся датчиком калиброванных отрезков времени и окончательно формируется в управляющем устройстве. Таким образом, счётчик подсчитывает число импульсов, проходящих на его вход за время действия калиброванного стробирующего импульса. Далее количество подсчитанных импульсов подается в устройство отображения, где происходит его индикация.

7.9. Измерение неэлектрических величин (текстовое).

1. Составить структурную схему аналогового или цифрового электрического прибора для измерения избыточного давления (превышающее атмосферное) в трубопроводе, с использованием мембраны в качестве манометрической пружины.

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.

Различают упругие и эластичные мембраны. Упругая мембрана – гибкая круглая плоская (плоская мембрана) или гофрированная (гофрированная мембрана) пластина, способная получить прогиб под действием давления. Статическая характеристика плоских мембран изменяется нелинейно с увеличением давления, поэтому здесь в качестве рабочего участка используют небольшую часть возможного хода. Гофрированные мембраны могут применяться при больших прогибах, чем плоские, так как имеют значительно меньшую нелинейность характеристики. Мембраны изготовляют из различных марок стали, бронзы, латуни и т. д.

Гофры применяются треугольной, трапециевидной, синусоидальной и круглой форм. При необходимости большего прогиба используют соединение мембран в виде мембранных коробок, а также блоки, собранные из нескольких мембранных коробок.

Глубина гофр оказывает существенное влияние на линейность статической характеристики. Чем больше глубина гофр, тем линейность статической характеристики выше.

Рисунок 5

На рисунке 5 приведена структурная схема цифрового прибора для измерения избыточного давления. Опишем принцип работы схемы. Под действием давления мембрана деформируется. В блоке преобразования БП происходи непосредственное преобразование коэффициента деформации в напряжение. После этого напряжение поступает на аналого-цифровой преобразователь АЦП, где происходи преобразование значения напряжения в пропорциональный этому значению код. С выхода АЦП цифровой код запоминается в регистре РГ и подаётся в блок преобразования. В блоке преобразования происходит преобразование полученного кода в код, необходимый для отображения на индикаторах устройства отображения УО. Здесь же можно осуществить коррекцию нелинейности характеристики мембраны. Устройство синхронизации (УСинх) осуществляет синхронную работы схемы.

Основные источники погрешности в измерения это блок преобразования и аналого-цифровой преобразователь. Для уменьшения данных погрешностей необходимо использовать в блоке преобразования высокоточные элементы, а также использовать АЦП с большей разрядностью.