Контрольная работа / 1- 4_Измерительная техника
.docМинистерство 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 №4
Выполнил:
Студент гр.___
_____________
Проверил:
_____________
_____________
2003
-
Контрольное задание
7.1. Электромеханические измерительные приборы.
4. Во сколько раз будут отличаться показания ваттметра электродинамической системы и индукционного ваттметра при измерении мощности на активной нагрузке для сигнала
Решение:
Электродинамические системы являются наиболее точными электромеханическими системами для цепей переменного тока. Мощность:
где ,-постоянные составляющие напряжения и тока соответственно, ,-первые гармоники действующих токов. Для синусоиды действующие значения меньше максимальных в корень из двух раз:
На приборы индукционной системы не действует постоянная составляющая, ток и напряжение в нашем случае , .
,
где ,, т.е.
Т.е. показание электродинамического ваттметра будет в 3 раза больше показаний индукционного.
7.2. Аналоговые электронные вольтметры.
9. Найти показания вольтметра вида В4 с закрытым входом при измерении им сигнала u(t), если .
Решение: Вольтметр вида В4 с закрытым входом отреагирует на пиковое положительное значение сигнала . Найдем постоянную составляющую сигнала
Uo=Um*0.636=6.366 B
Учитывая, что шкала вольтметра градуирована в пиковых значениях,
Uv=10-6.366B=3.634B
7.3. Цифровые вольтметры.
3. Для цифрового вольтметра с двойным интегрированием определить оперное напряжение и максимальную емкость счетчика, чтобы при измерении напряжения, равного 10В, относительная погрешность дискретности не превышала 0,01%, при быстродействии счетчика 10МГц и частоте помехи 100Гц.
Решение: Для обеспечения заданной погрешности достаточна максимальная емкость счетчика.
,
Где -относительная погрешность дискретности (в процентах). Nmax=10000
Определим соотношение целых чисел
где Fп – частота помехи;
Отсюда примем m=20 - кратность времен интегрирования вверх и времени переполнения счетчика n=2 - кратность времени интегрирования из условия подавления помехи.
Опорное напряжение: Uo больше Ux в n раз для нашего случая (N=Nmax), таким образом задача не имеет однозначного решения и результат зависит от выбора кратности n. Для n=2, опорное напряжение Uo=20B.
7.4. Электронно-лучевые осциллографы (текстовая работа).
4. Изобразить осциллограмму исследуемого синусоидального напряжения с частотой f=250Гц, если время нарастания линейно изменяющегося напряжения развертки tпр=3мс, а время спада tобр=2мс. Во время обратного хода луча ЭЛТ запирается.
Решение:
Период
На экране осциллографа:
7.5. Измерение временных интервалов, частоты и фазового сдвига.
17. Определить соотношение частот сигналов сложной формы если изображение первого сигнала:
Коэффициент развертки Кр=0.1мкс/дел. множитель развертки М=1
Изображение второго сигнала:
Коэффициент развертки Кр=0.5мкс/дел. множитель развертки М=0.1
Решение:
Частота первого сигнала
Частота второго сигнала
Соотношение частот:
7.6. Измерение параметров электрических цепей.
8. Определить максимальное значение измеряемого сопротивления резистора с использованием в цифровом виде апериодического разряда конденсатора через активное сопротивление, если известны следующие параметры измерителя:
частота генератора счетных импульсов – 100 кГц;
максимальная емкость счетчика 1000000;
емкость образцового конденсатора 1000 пФ.
Максимальное значение измеряемого сопротивления резистора ограничено емкостью счетчика при данной частоте генератора.
7.7. Измерение мощности.
4. Сигнал с частотой 400Гц подключен к нагрузке представляющей собой параллельное соединение резистора 100Ом и конденсатора емкостью 4мкФ. К одной десятой части сопротивления подключен амплитудный вольтметр, показывающий 100В. определить активную, реактивную и кажущуюся мощность сигнала, падающей в нагрузке.
Решение:
На активной нагрузке будет сигнал амплитудой:
где Аv - показания амплитудного вольтметра. Uм=50B. Активная мощность:
Емкостное сопротивление:
Реактивная мощность:
Кажущаяся мощность:
7.8. Измерение магнитных величин (текстовое).
4. Определить потери на перемагничивание в сердечнике катушки при их измерении методом амперметра, вольтметра, ваттметра. Схема измерений имеет следующий вид (рис.7.8.1)
Рисунок 7.8.1 – Схема измерений.
Известно, что сопротивления последовательной и параллельной цепей ваттметра равно 0.2 Ом и 1000 Ом соответственно, сопротивление вольтметра 2кОм, а сопротивление катушки 0.3 Ом. Показания приборов: амперметра– 100мА, вольтметра- 15В, ваттметра- 1.2 Вт.
Решение:
Известно, что потери на перемагничивание сердечника определяются как разность между общими потерями в цепи Р, измеряемыми ваттметром и мощностями потерь отдельных приборов и элементов схемы измерения. Можно записать:
где Рс – мощность потерь в сердечнике катушки, Рw – показания ваттметра.
Рv – потери на внутреннем сопротивлении вольтметра.
Рк – потери на активном сопротивлении катушки.
Рв - потери мощности в параллельной цепи ваттметра.
Исходя из всего вышесказанного:
Ответ: Рс=0.86 Вт
7.9. Измерение неэлектрических величин (текстовое).
1. Составить структурную схему аналогового или цифрового электрического прибора для измерения отклонения толщины диэлектрической ленты от образцового значения, с использованием емкостного 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.
Решение:
Наиболее просто организовать измерение отклонения толщины диэлектрической ленты от образцового значения, с использованием емкостного измерительного преобразователя методом дискретного счета. Данный метод хорошо описан в литературе и мы не будем останавливаться на нем подробно. Структурная схема метода изображена на рис. 7.9.1
Рисунок 7.9.1 – структурная схема преобразователя.
В основе прибора используется апериодический разряд конденсатора. Структурная схема состоит из двух частей измерительного преобразователя и измерителя временного интервала. Преобразователь преобразует емкость конденсатора во временной интервал, а цифровой измеритель измеряет интервал и вычитает его код из стандартно записанного в память измерителя. Между толщиной диэлектрика, который теперь будет составным (воздух-измеряемый диэлектрик-воздух),
Рисунок 7.9.1 – Схема протяжки диэлектрика.
и емкостью конденсатора существует отношение в виде прямой пропорциональности:
,
где d – толщина составляющих диэлектрика,
С – измеренная емкость конденсатора.
Существует проблема – с изменением толщины изменяется диэлектрическая проницательность материала. Пути решения: 1)Вычисление толщины по известной формуле в цифровом измерителе интервала. 2) Вычисление по заранее заданной таблице аппроксимации.
Заметим, что время обработки информации должно быть меньше времени значительного изменения толщины диэлектрика.
Погрешности измерения: нестабильность порога срабатывания сравнивающего устройства, погрешность образцового сопротивления, погрешность аппроксимации функции толщины диэлектрика.