Контрольные / КР2 ответы метрология
.pdfВопросы контрольной работы №2.
1.Параметры трактов – перечислить.
Вцелом параметры интенсивности сигналов, информационные параметры, параметры трактов и антенн,
параметры материалов характеризуются приблизительно более чем тридцатью физическими величинами, к
которым относятся: частота; разность фаз; длительность импульса (период), время задержки, время нарастания; коэффициент амплитудной модуляции; коэффициент частотной модуляции; коэффициент нелинейных искажений; мощность; напряжение; ток; напряженность переменного электрического поля;
напряженность переменного магнитного поля; плотность потока энергии; спектральная плотность мощности шумов; коэффициент шума; ток радиопомех; напряжение радиопомех; мощность радиопомех;
сопротивление; емкость; индуктивность; добротность; модуль коэффициента отражения (коэффициент стоячей волны); фаза коэффициента отражения; ослабление (затухание), модуль коэффициента передачи;
фаза коэффициента передачи; групповое время запаздывания; коэффициент усиления антенны; эффективная площадь (действующая высота) антенны; действительная и мнимая части комплексной диэлектрической проницаемости; действительная и мнимая части комплексной магнитной проницаемости.
2.Классифицировать РИП по месту в производственном процессе и по условиям измерений.
Всоответствии с решаемыми на производстве задачами все РИП можно разделить на три больших группы. К первой группе относят универсальные РИП, классифицируемые по ГОСТ 15094. Эти РИП применяют при проведении научных исследований и разработок, при испытаниях изделий, а также для градуировки и поверки специальных РИП, к которым относятся приборы встроенного контроля и технологические. Приборы встроенного контроля предназначены для контроля режимов работающих изделий и для проверки сложных систем. Технологические приборы обычно устанавливают в цехах для проведения контроля готовых изделий,
а также для проведения настройки и регулировки. Обычно диапазоны частот, уровней и набор режимов работы универсальных РИП намного больше, чем у приборов встроенного контроля и технологических.
Благодаря этому встроенные и технологические РИП более просты по конструкции и дешевле.
3.Величины, характеризующие интенсивность. Перечислить.
Кпараметрам интенсивности относят следующие величины: мощность, напряжение, сила тока, мощность шумов или спектральная плотность мощности шумов (СПМШ), напряженность переменных электрических и магнитных полей, плотность потока энергии, ток, мощность и напряжение радиопомех.
4.Особенности радиоизмерений. Перечислить.
Поэтому для радиоизмерений характерны значительные величины перекрытия по диапазону частот, то есть
отношения верхних частот к нижним. Характерной особенностью РИП является необходимость
установления зависимости показаний многих приборов от частоты сигнала - определения частотных характеристик или частотных коэффициентов. К особенностям радиоизмерений можно отнести предельно широкие диапазоны измеряемых величин.
5. Алгоритмы сравнения
Х |
ДЕЙСТВ |
|
и
Х |
ИЗМ |
|
.
Сравнение
X изм
и
Xдейств
может производиться по четырем алгоритмам.
1. Непосредственное сравнение. В этом случае X изм и
Xдейств
не преобразуются в другие ФВ, то есть
сравниваются между собой непосредственно.
2. Сравнение |
X изм , преобразованной в другую ФВ, с |
Xдейств
, одноименной с той, в которую
преобразована |
X изм . |
3. Сравнение X изм с преобразованным значением
Xдейств
.
4. Сравнение преобразованной X изм с преобразованной
Xдейств
. Виды составных частей РИП.
6. Виды составных частей РИП.
Таким образом в составе
узлов: |
|
|
преобразователи |
X изм и |
|
меры |
Xдейств ; |
|
РИЛ должны быть четыре вида составных частей,
Xдейств ;
устройство сравнения;
устройство визуализации или автоматической регистрации.
7.Структурная схема прямого преобразования. Нарисовать. Перечислить характерные особенности. Формула для мультипликативной погрешности.
Отличительная черта схемы прямого преобразования (рис. 5.32) состоит в том, что все преобразования производятся в прямом направлении, то есть предыдущие преобразуются в последующие, а
преобразование в обратном направлении отсутствует.
|
x01 |
|
x02 |
x0n |
|
K1 |
K2 |
… |
Kn |
xвх |
x1 |
|
x2 |
xвых |
Рис.5.32. Структурная схема РИП прямого преобразования
X |
вых |
X |
вх |
(K |
K |
3 |
...K |
K |
K K |
3 |
...K |
K |
2 |
... |
|
|
2 |
|
n |
1 |
1 |
n |
|
|
K1K2...Kn 1 Kn )
8.Виды масштабных преобразователей. Примеры для нескольких ФВ.
Кпреобразователям ФВ относятся, например:
-преобразователи разности фаз во временной интервал;
-преобразователи постоянного напряжения во временной интервал;
-преобразователи переменного напряжения и тока в постоянное напряжение
(детекторы);
-преобразователи мощности и энергии электромагнитного излучения в тепло и далее в приращение температуры;
-преобразователи линейных перемещений и температуры в частоту;
-преобразователи тока и напряжения в линейное перемещение, плоский угол,
механический момент или усилие;
-преобразователи напряжения в частоту и частоты в напряжение;
-преобразователи напряжения в перемещение электронного пучка (электронно-
лучевая трубка).
К масштабным преобразователям, которые наиболее широко представлены в конструкциях РИП, относятся усилители и делители (аттенюаторы).
9. Функции устройства сравнения.
Важнейшей операцией в алгоритме сравнения 
и 
является установление равенства их между собой. Момент равенства устанавливается при помощи устройства сравнения (УС), которое производит
операцию вычитания 
и выдает сигнал, пропорциональный разности. Операция вычитания производится либо автоматически при помощи технических средств, либо человеком.
10. Виды преобразователей частоты.
Преобразователи частоты — это устройства, преобразующие переменный ток одной частоты в переменный ток другой частоты. Различают два класса преобразователей частоты: с непосредственной связью; с
промежуточным звеном постоянного тока.
Последние подразделяются на:
а) со звеном постоянного тока;
б) со звеном постоянного напряжения;
в) резонансные.
По количеству фаз выпускают:
а) однофазные;
б) трёхфазные.
По способу управления ключами схем применяют:
а) векторное;
б) скалярное;
в) с модуляцией по частоте;
г) с модуляцией по фазе или периоду.
11.Структурная схема прямого преобразования. Нарисовать. Перечислить особенности. Формула для аддитивной погрешности. Источники аддитивной погрешности.
Отличительная черта схемы прямого преобразования (рис. 5.32) состоит в том, что все преобразования производятся в прямом направлении, то есть предыдущие преобразуются в последующие, а преобразование в обратном направлении отсутствует.
|
x |
|
x |
x |
|
01 |
|
02 |
0n |
|
K |
K |
… |
K |
|
1 |
2 |
n |
|
x |
x |
|
x |
x |
вх |
|
|||
|
1 |
|
2 |
вых |
Рис.5.32. Структурная схема РИП прямого преобразования |
||||
Это аддитивная погрешность, не зависящая от уровня входного сигнала:
X |
вых |
X |
K |
...K |
n |
X |
02 |
K |
...K |
n |
X |
0n |
|
|
01 2 |
|
|
3 |
|
|
12. Наиболее часто применяемые в РИП меры пять.
Х
ДЕЙСТВ
. Перечислить четыре –
Меры
Xдейств
одной или нескольких ФВ являются обязательной составной частью любого РИП. Они
могут быть встроенными и быть неотъемлемой частью конструкции прибора или придаваться к прибору в качестве дополнительного средства измерений. Преобразователи всех типов, устройства сравнения и устройства визуализации или автоматической регистрации в совокупности объединяются и представляют собой компаратор, при помощи которого автоматически или вручную оператором производится уравнивание
(уравновешивание) X изм и Xдейств .
В качестве преобразователей в РИП применяют преобразователи ФВ, масштабные преобразователи и
преобразователи спектра (частоты), цифровые преобразователи. К преобразователям ФВ относятся,
например:
-преобразователи разности фаз во временной интервал;
-преобразователи постоянного напряжения во временной интервал;
-преобразователи переменного напряжения и тока в постоянное напряжение (детекторы);
-преобразователи мощности и энергии электромагнитного излучения в тепло и далее в приращение температуры;
-преобразователи линейных перемещений и температуры в частоту;
13. Обобщённые структурные схемы РИП с уравновешивающим преобразованием Х
прямым и РИП с
ИЗМ и Х ДЕЙСТВ .
|
|
x |
|
x |
x |
|
|
|
|
|
|
|
01 |
0n |
|
|
УС |
|
K |
|
… |
K |
|
|
|
|
1 |
|
n |
|
|
x |
вх |
|
|
|
|
x |
вых |
|
|
|
|
|
|||
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
ос |
Цепь прямого преобразования |
|
||||
|
|
|
|
||||
|
x |
' |
|
x |
' |
|
|
|
0m |
|
01 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
K |
… |
|
K |
|
|
|
|
осm |
|
ос1 |
|
|
|
|
|
Цепь обратного преобразования |
|
|
|||
|
Рис.5.33. Структурная схема РИП уравновешивающего |
|
|||||
|
|
преобразования |
|
|
|||
|
x |
|
x |
x |
|
01 |
|
02 |
0n |
|
K |
K |
… |
K |
|
1 |
2 |
n |
|
x |
x |
|
x |
x |
вх |
|
|||
|
1 |
|
2 |
вых |
Рис.5.32. Структурная схема РИП прямого преобразования |
||||
14. Устройства сравнения сдвига фаз.
Фазовращателем называется устройство, с помощью которого вводится в электрическую цепь известный и регулируемый фазовый сдвиг.
В качестве устройств сравнения в измерениях фазового сдвига применяют; 2) при неавтоматическом
(ручном) уравновешивании - любое отсчетное устройство, показания которого функционально связаны с изменением разности фаз двух сигналов; 1) при автоматическом уравновешивании - фазовый детектор.
Фазовый детектор представляет собой измерительный преобразователь, на входы которого подаются два
переменных напряжения одной частоты, а на выходе появляется постоянная составляющая напряжения,
функционально связанная с разностью фаз .
Два колебания можно наблюдать одновременно на экране двухлучевого осциллографа или однолучевого, на входе которого включен электронный коммутатор.
15. Виды преобразователей средних значений напряжения переменного тока.
вольтметры переменного тока, как аналоговые, так и цифровые
16. Виды преобразователей мгновенных значений напряжения. Входные величины.
Преобразователь мгновенных значений переменного напряжения в цифру Определение численных значений напряжений выраженных периодическими
функциями от времени U t , можно выполнить путем численного интегрирования,
если аппроксимировать зависимость U t |
набором численных значений в моменты |
времени t1, ... ti , tn , отстоящие друг от друга на один и тот же интервал времени. Для реализации этой идеи необходим преобразователь, работающий по схеме
(рис. 5.16,б).
а)
3 |
|
4 |
|
|
|
2 |
|
1 |
|
|
|
б)
Рис.5.16 Схема преобразователя.
1- генератор тактовых импульсов; 2 - формирователь;
3 - ключевая схема; 4 - АЦП.
Аналоговый преобразователь Электронно-лучевая трубка - это устройство, которое преобразует интервал
времени и мгновенное значение напряжения в линейное перемещение изображения на ее экране в прямоугольной системе координат, образуя таким способом графическую зависимость U t .
Электронная лучевая трубка по существу представляет собой два последовательно подключенных преобразователя мгновенных напряжений в перемещение электронного луча.
Таким преобразователем служит электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) в аналоговых
осциллографах и матричные экраны в совокупности с аналогово-цифровыми
преобразователями мгновенных значений напряжений.
17. Виды преобразователей частоты. Гетеродинный преобразователь как универсальный преобразователь частоты.
В РИП весьма широко применяют преобразователи частоты или спектра. К
таким преобразователям относятся:
-сдвигатели частоты и спектра, например, смесители с гетеродином;
-умножители и делители частоты;
-генераторы гармоник - преобразователи спектра, например, выпрямитель;
-стробоскопические преобразователи напряжения.
Для точных измерений частоты в диапазоне сверхвысоких частот, где ЭСЧ не удается построить в силу ограничений по быстродействию, присущих элементам и узлам для дискретного счета, наибольшее распространение получили гетеродинные частотомеры. Принцип действия гетеродинного частотомера - это выделение разностной частоты между частотой измеряемого сигнала и известной частотой высокостабильного перестраиваемого генератора - гетеродина, и измерение ее при помощи ЭСЧ. Структура гетеродинного частотомера приведена на рис. 6.15а.
Обобщенная структурная схема приведена на рис. 6.15б.
f |
|
|
|
|
|
f |
– nf |
|
|
x |
См |
|
|
УПЧ |
x |
|
0 |
ЭСЧ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
nf |
= f |
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
nf |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
а) |
|
|
|
|
x |
изм |
НУ |
nf |
0 |
K |
|
x |
д |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
f |
|
|
|
|
|
f |
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
? x = x |
– x |
д |
|
|
|
|
|
|
|
изм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Измерение разности частот при помощи ЭСЧ |
||||||
|
|
|
|
|
б) |
|
|
|
|
Рис.6.15. Структурная схема гетеродинного частотомера (а) и |
|||||||||
|
|
обобщенная структурная схема (б). |
|
||||||
|
Условные обозначения: См - смеситель; УПЧ - усилитель |
||||||||
|
промежуточной частоты; ФВЧ - фильтр верхних частот; |
||||||||
|
|
|
У - усилитель |
|
|
|
|
||
18. Структурная схема уравновешивающего преобразования. Нарисовать. Перечислить особенности. Формула для аддитивной погрешности.
Особенность схемы состоит в том, что выходная величина X вых , как показано на рис. 5.33, подвергается
обратному преобразованию в величину |
X |
ос , однородную с входной величиной |
X |
вх |
и уравновешивающей |
|
|
ее, в результате чего на вход цепи прямого преоразования поступает только небольшая часть входной величины X вх . Другими словами, используется отрицательная обратная связь и уравновешивание производится автоматически.
|
|
x |
|
x |
x |
|
|
|
|
|
|
|
01 |
0n |
|
|
УС |
|
K |
|
… |
K |
|
|
|
|
1 |
|
n |
|
|
x |
вх |
|
|
|
|
x |
вых |
|
|
|
|
|
|||
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
ос |
Цепь прямого преобразования |
|
||||
|
|
|
|
||||
|
x |
' |
|
x |
' |
|
|
|
0m |
|
01 |
|
|
||
|
|
K |
… |
|
K |
|
|
|
|
осm |
|
ос1 |
|
|
|
|
|
Цепь обратного преобразования |
|
|
|||
|
Рис.5.33. Структурная схема РИП уравновешивающего |
|
|||||
|
|
преобразования |
|
|
|||
Оценим теперь аддитивную погрешность, обусловленную дрейфом нуля, наводками, помехами,
порогом чувствительности звеньев.
X |
вых |
X |
K |
...K |
n |
... ... X |
0n |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
01 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
X |
' |
|
|
|
X |
' |
|
|
|
|
X |
' |
|
|
|||
|
01 |
|
|
02 |
... |
om |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
K |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
ос1 |
|
|
K |
|
K |
|
|
|
K |
...K |
осm |
||||||
|
|
|
|
|
|
ос1 |
ос2 |
|
|
|
ос1 |
|
||||||
19. Структурная схема РИП с прямым преобразованием. Х ИЗМ и разноименные.
Х |
ДЕЙСТВ |
|
xизм |
|
|
|
|
|
|
xд |
|
|
|
y' |
y'' |
|
|
|
K |
… |
Kn |
УС |
K' |
m |
… |
K'1 |
1 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
K''1 |
… |
|
K''l |
|
К устройству визуализации
Рис.5.36. Структурная схема прибора с прямыми преобразованиями
xизм и xд
20. Преобразователь частота – напряжение постоянного тока – частотный детектор.
Частотный детектор применяют для получения на выходе постоянного
напряжения, значение которого зависит от мгновенной частоты входного
напряжения. Для осуществления частотного детектирования используются
зависимости амплитуды на выходе резонансного усилителя от частоты колебаний.
Простейшим частотным детектором является несколько расстроенный относительно центральной исходной частоты резонансный усилитель.
21. Преобразователь разность фаз – напряжение постоянного тока – фазовый детектор.
Фазовый детектор представляет собой измерительный преобразователь, на
входы которого подаются переменные напряжения одной частоты
U1
и
U2
, а на
выходе выделяется постоянная составляющая напряжения, функционально
связанная с разностью фаз φ.
22. Преобразователь разность фаз сдвига.
Разность фаз двух напряжений U1
–цифра. Цифровой измеритель фазового
иU2 (рис. 6.26) и преобразуют во временной
интервал в соответствии с определением разности фаз по формуле:
360 |
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
T |
|
u |
|
u |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
u |
|
|
t |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
t |
|
|
t |
t |
|
|
T |
|
(6.41)
В соответствии с этой формулой измеряемая
разность фаз преобразуется во временной интервал t . Для этого входные цепи и формирующие устройства (рис. 6.30) содержат
следующие устройства:
усилитель-ограничитель, дифференцирующие
цепи; ограничители, пропускающие импульсы
Рис.6.26. Временная диаграмма на- |
одной полярности. |
|
|
||
пряжений преобразователя фазового |
С выходов формирующих устройств напряжения |
|
сдвига во временной интервал |
||
поступают на триггер. Первым импульсом |
||
|
||
|
триггер переводится из одного состояния в |
другое, а вторым возвращается в первоначальное состояние. В результате вырабатывается последовательность прямоугольных импульсов тока
длительностью t . Средний за период ток |
I |
ср |
может быть изменен, например, |
|
|
|
|
миллиамперметром. |
|
|
|
23. Преобразователь частоты в цифру – электронный частотомер.
Переменное напряжение, частоту которого f x нужно измерить, преобразуют в
последовательность односторонних импульсов с частотой следования, равной f x .