А.Г. Захарова Основыметрологии

10

6.Изобразить трёхконтурную схему потенциометра и объяснить назначение каждого из элементов.

7.Представьте схему простейшего автоматического потенциометра постоянного тока и объясните принцип работы.

8.Каким образом в мостах и потенциометрах реализуется принцип сравнения с мерой? Что представляет меру?

Литература [1, c. 189-218; 2, c. 186-212; 3, c. 76-89; 4, c. 169-178].

ТЕМА 6. ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН ЦИФРОВЫМИ ПРИБОРАМИ

Основные понятия и определения, дискретное представление непрерывных величин. Квантование. Классификация цифровых измерительных приборов (ЦИП). Основные характеристики ЦИП. Узлы и элементы ЦИП. ЦИП последовательного счёта, поразрядного уравновешивания (кодово-импульсные) и считывания. Печатающие и запоминающие устройства. Аналого-цифровые преобразователи. Кодирование.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

ЦИП автоматически вырабатывает дискретные сигналы измерительной информации, показания которых представляются в цифровой форме, т.е. происходит преобразование непрерывной во времени и по размеру измеряемой величины в цифровой код. Этот процесс, включающий в себя дискретизацию, квантование и кодирование непрерывной входной величины (аналоговой), и лежит в основе построения современных ЦИП, поэтому необходимо сразу же разобраться в физической сущности этих преобразований. И хотя формально лабораторные мосты, потенциометры, параметрические магазины тоже относятся к ЦИП, т.к. показания их тоже дискретны, в настоящем разделе они не рассматриваются из-за отсутствия в них описанных выше процессов.

Классификация ЦИП строится в соответствии со способом преобразования аналог-код. Каждое преобразование вносит свои погрешности в результат измерений, поэтому при изучении материала необходимо уметь их выделять. Изучение ряда специальных узлов (триггеров, пересчётных устройств, ключей, логических элементов и

11

др.) поможет наиболее полно представить себе работу прибора в целом и определить его возможности при измерениях конкретных величин.

Для облегчения процесса изучения функционирования ЦИП и АЦП различных систем желательна прорисовка упрощенных структурных схем, большинство из которых представлено в учебнике [1].

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что такое дискретизация непрерывной во времени величины

x(t)?

2.В чём заключается принцип квантования по уровню?

3.Дать определение цифровому коду и записать некоторые из известных кодов.

4.Каковы функции аналого-цифрового преобразователя?

5.Назвать статические погрешности ЦИП.

6.Из чего складываются погрешность ЦИП при квантовании временного интервала?

7.Объяснить причины возникновения динамических погрешностей ЦИП.

8.Объяснить работу триггера как пересчётного устройства при их последовательном соединении.

9.Как работает дешифратор?

10. Объяснить принцип действия сравнительных устройств.

11. Представить блок-схему интегрирующего вольтметра с непосредственным преобразованием в код частоты. Дать его характеристики.

12. Охарактеризовать работу цифрового прибора поразрядного уравновешивания на примере мостового омметра.

Литература [1, с. 218-264; 2, с. 212-257; 3, с. 90-103; 4, с. 98-111]

ТЕМА 7. ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНЫХ ВЕЛИЧИН

Задачи магнитных измерений. Основные магнитные величины, характеристики ферромагнитных материалов и силовых полей. Принципы построения приборов и способы измерения магнитного потока, магнитной индукции и напряженности магнитного поля. Аппаратура и образцы для испытаний ферромагнитных материалов.

12

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

При изучении этой темы необходимо классифицировать основные магнитные величины и находить связь между ними, что позволяет определять одни величины через измерения других. Рассматривая дальнейшее изложение материала необходимо обратить внимание на возможности использования разнообразных физических принципов и эффектов для построения на их основе измерительных приборов.

Весьма важны в практической деятельности и методы получения статических и динамических характеристик наиболее распространенных ферромагнитных материалов. Необходимо проанализировать измерительные возможности отечественных приборов.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Охарактеризовать методы измерения постоянного и переменного магнитного потока с выбором расчётных формул.

2.Какие магнитные величины являются основными и как они связаны между собой?

3.Перечислите основные статические характеристики ферромагнитных материалов.

4.Какие параметры ферромагнитных материалов можно определить по петле гистерезиса?

5.Назовите условия, необходимые для определения магнитных характеристик материала образца.

6.В чём заключается принцип действия дифференциального ферромодуляционного преобразователя?

7.Каковы основные динамические характеристики магнитных материалов?

8.Объяснить принцип измерения магнитного потока индукци- онно-импульсным методом.

9.Объяснить возможности использования датчика Холла для измерения магнитной индукции и напряженности поля.

10.Перечислите физические явления, используемые для измерений магнитных величин.

11.В чём сущность явления ядерно-магнитного резонанса?

12.Принцип действия веберметра.

13

13. Какие характеристики и как определяются осциллографическим методом?

Литература [1, c. 265-303; 2, с. 271-284].

ТЕМА 8. ИЗМЕРЕНИЯ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

Принципы использования электрических приборов для измерения неэлектрических величин. Характеристики измерительных преобразователей. Реостатные, тензочувствительные, термочувствительные, термоэлектрические, пьезоэлектрические, фотоэлектрические, индукционные, емкостные, ионизационные и электролитические измерительные преобразователи, принцип действия, устройство, уравнение преобразования, измерительные схемы включения, погрешности, область применения.

Структурные схемы электрических приборов для измерения неэлектрических величин. Приборы для измерения механических величин, параметров движений, температуры, состава, концентрации вещества.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

При использовании электрических измерительных приборов и устройств, рассмотренных выше, для измерения любой неэлектрической величины обязательным является наличие первичного измерительного преобразователя этой величины в электрическую. Именно это определяет необходимость изучения принципов действия и конструктивных особенностей наиболее часто встречающихся измерительных преобразователей. Знание их статических характеристик (зависимостей типа "вход-выход") позволит не только правильно использовать сам преобразователь, но и подобрать соответствующий ему и обеспечивающий необходимую точность измерительный прибор или схему.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Перечислите основные элементы структурных схем электрических приборов для измерения неэлектрических величин.

2. Каковы преимущества дифференциального включения измерительного преобразователя?

14

3.В чём принципиальная разница между параметрическими и генераторными преобразователями? Привести примеры.

4.Какие электрические величины могут быть измерены с помощью емкостных и индуктивных преобразователей

5.С помощью каких преобразователей можно измерять механические величины?

6.Каковы пути применения фотоэлектрических преобразовате-

лей?

7.Охарактеризовать возможности использования приборов прямого и компенсационного преобразования неэлектрических величин.

8.Назовите преобразователи для измерения температуры.

9.Представить схему устройства для измерения перемещения в диапазоне 3-100 мм.

10.Описать принцип действия газоанализатора.

11.В чём разница между индуктивным и индукционным преобразователями?

12.Представить схемное решение для измерения угловых перемещений.

Литература [1, с. 303-353; 2, c. 284-330; 6, c. 576].

ТЕМА 9. ИЗМЕРЕНИЯ И КОНТРОЛЬ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН ИНФОРМАЦИОННЫМИ СИСТЕМАМИ

Основные направления автоматизации измерений. Метрологические характеристики информационно-измерительных систем

(ИИС).

Структурные схемы ИИС и измерительно-вычислительных комплексов (ИВК). Агрегатный комплекс средств электроизмерительной техники (АСЭТ). Основные блоки ИИС и ИВК. Микропроцессоры и микроЭВМ в комплексах. Телеизмерительные системы и перспективы их развития.

15

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

При изучении настоящей темы следует отметить объективную необходимость автоматизации процессов измерений и создания с целью последующей обработки информационных потоков.

С этой целью реализованы ИИС и ИВК. На основе структурных схем ИИС и ИВК необходимо рассмотреть взаимодействия технических средств, принципы их функционирования и конструктивные особенности наиболее важных блоков. Следует заострить внимание на роли интерфейса и средств вычислительной техники.

Телеизмерительные системы можно рассматривать как самостоятельные системы. Уяснив принципы, положенные в их основу, уже можно представить себе современные TИC как часть ИИС или ИВК, обеспечивающих канализацию информационных потоков на огромные расстояния.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Описать основные направления автоматизации измерений и охарактеризовать их.

2.В чей различие между ИИС и ИВК? Каковы их функции?

3.Охарактеризовать средства сопряжения устройств в ИИС и

ИВК.

4.Что такое микропроцессор и каковы его возможности в условиях автоматизации измерений?

5.Описать типы унифицированных сигналов в ИИС.

6.Представить структурную схему сбора данных в ИИС с унифицированными преобразователями.

7.Объяснить принцип действия простейшей аналоговой устав-

ки.

8.Охарактеризовать виды представления информации в ИИС.

9.Объяснить назначение и принцип действия коммутатора.

10. Как работает система автоматического контроля (САК)? 11. В чём особенности метрологического обеспечения ИИС?

12. Представить простейшую cxeму телеизмерений и объяснить последовательность получения информации.

Литература [l, c. 352-374; 2, c. 331-361; 5, c, 356-382].

16

КОНТРОЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ

Контрольное задание выполняется по варианту, соответствующему последней цифpe шифра номера зачетной книжки студента. Номера вопросов и задач, предлагаемых для решения, представлены в табл. 2, где числа верхней строки указывают на номер варианта.

Выполненное контрольное задание должно быть представлено в установленные учебным графиком сроки. Работы выполняются в обычных ученических тетрадях. На обложке необходимо четко указать следующие данные.

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА ПО КУРСУ "ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИИ"

студента____________________________________________________

(Ф.И.О.)

_______курса, группа________________________________________

адрес_______________________________________________________

При выполнении контрольной работы необходимо выписывать условия задач полностью. Схемные решения вычерчиваются на страницах тетради, а графики на миллиметровой бумаге, вклеиваемой в тетрадь.

Текст и условные обозначения должны быть чёткими и ясными. С правой стороны оставлять поля. В конце работы привести список используемой литературы, проставить дату выполнения и свою подпись.

18

5.Что такое вариация прибора и какими причинами она вызвана? Определите вариацию прибора при следующих многократных результатах измерения тока в 1А; 1,05А; 1,02А; 0,97А; 0,98А; 1,06А; 0,96А; 1,02А.

6.Дайте определение и математическое описание чувствительности и постоянной прибора по измеряемой величине. Kaкова чувствительность и постоянная по току магнитоэлектрического измерительного прибора на 60мВ собственным сопротивлением 10Ом и шкалой из 100 делений?

7.При поверке амперметра были получены следующие показания приборов ( при ходе вверх и вниз):

Определите погрешности и класс точности прибора.

8.Перечислите виды погрешностей измерения, основные методы, их определения и пути уменьшения. Какой из двух имеющихся вольтметров со шкалами на 5В кл.2,5 и на 50В кл.0,5 обеспечит большую точность измерения напряжения в цепи величиной в 4,5В?

9.Стрелка двухпредельного амперметра со шкалой до 100 делений при измерениях равных токов остановилась при работе на первом пределе на отметке 20, на втором - 50. Каково соотношение относительных погрешностей и пределов измерений?

10.Разность напряжений между используемым и эталонным ис-

точником, дающим 1,1В, измерена гальванометром с точностью до 10-6В. Определить относительную погрешность измерения.

11.К сети постоянного тока напряжением 220В подключен приёмник энергии сопротивлением 40Ом. Что нужно сделать, чтобы с помощью двух милливольтметров с верхними пределами измерений 150мВ и током полного отклонения 15мА контролировать напряжение в сети и ток в нагрузке ? Привести схему и необходимые расчёты.

12.Милливольтметр магнитоэлектрической системы имеет верхний предел измерений 100мВ и внутреннее сопротивление 20Ом. Каким образом можно расширить его переделы измерения для контроля токов до 12А? Определить для этого случая чувствительность и постоянную по току, если шкала имеет 75 делений.

19

13. Падение напряжения в обмотке рамки магнитоэлектрического вольтметра составляет 60мВ. Определить величину добавочного сопротивления и сопротивления рамки, если известно, что верхний предел измерений вольтметра 300В, а ток полного отклонения - 5мА. Рассчитать рассеиваемую мощность.

14. Какую величину покажет стрелка электромагнитного амперметра со шкалой из 100 делений и пределами измерений от 0 до 5А, если он подключен через измерительный трансформатор тока 500/5 в цепь, по которой течёт ток 250А?

Какие способы расширений пределов измерений применяют для электромагнитных амперметров?

Почему для этого не рекомендуются шунты ?

15. Вольтметр с верхним пределом измерений 150В подключен ко вторичной обмотке трансформатора напряжения 6000/100. Что покажет вольтметр при напряжении на первичной обмотке 2500В ? Какова при этом будет погрешность измерения, если класс точности вольтметра 2,5, а трансформатора - 1,0?

16. Амперметр с верхним пределом измерений 7,5А (со шкалой из 100 делений) включен через трансформатор тока 600/5. Рассчитать и построить шкалу прибора по типу, изображенному на рисунке

17. Амперметр электромагнитной системы с пределом измерений 5А имеет внутреннее сопротивление 0,05Ом. Определить сопротивление шунта, с которым этот амперметр может быть использован для измерения токов до 30А. Сравнить сопротивление этого шунта с сопротивлением стандартного шунта на 75мВ, 30А.

Объяснить преимущества использования стандартного шунта. 18. Рассчитать добавочное сопротивление к вольтметру (0-50) В

с внутренним сопротивлением 10кОм для измерения напряжении до 220В. Во сколько раз изменится цена деления шкалы, если она имеет 100 делений?

19. Амперметр на 5А со шкалой (0-100) А, предназначенный для работы с трансформатором 100/5, включен для производства изме-