Эталонный ответ контрольного задания № 2

2.1 По назначению измерительные генераторы делятся на: генераторы шумовых сигналов - Г2; генераторы сигналов низких частот (инфразвуковых и звуковых частот - Г3; генераторы сигналов высоких частот - Г4; генераторы прямоугольных импульсов - Г5; генераторы сигналов специальной формы - Г6

2.2 Блок-схема измерительного генератора низкой частоты имеет вид: ЗГ - задающий генератор; УН - усилитель напряжения; УМ - усилитель мощности; А – аттенюатор; СУ - согласующее устройство; ИВ - измеритель выхода

2.3 В зависимости от применения схемы возбуждения задающие генераторы делятся на: генераторы типа LС; генераторы типа RС; генераторы на биениях.

2.4 Блок-схема задающего генератора на биениях имеет вид: ГФЧ - высокочастотный генератор фиксированной частоты; ГПЧ - высокочастотный генератор перестраиваемой частоты; СМ – смеситель; ФНЧ - фильтр низких частот.

Напряжение ГФЧ f₁ смешивается с напряжением ГПЧ, частота которого f₂ перестраивается от f₁ до f₁+F_max.

(F_max - наибольшая частота рабочего диапазона измерительного генератора). На выходе смесителя получаются напряжения комбинационных частот, и в том числе напряжение разности частоты F=f₁-f₂ которое выделяется фильтром низких частот.

2.5 Схема задающего генератора типа RС с фазобалансовым мостом имеет вид таких генераторов, двухкаскадный усилитель которых охвачен положительной обратной связью (ОС). Схема генерирует напряжение синусоидальной формы при выполнении условий: баланса амплитуд Кβ=1; баланса фаз φ + y = 2πn.

В такой схеме условие баланса фаз выполняется на одной частоте:

При R1 = R2 = R, С1 = С2 = С

2.6 Для деления выходного напряжения измерительного генератора применяются аттенюаторы. Схема аттенюатора построена таким образом, что его выходное сопротивление при любых переключениях остается неизменным. Это позволяет изменять напряжение на нагрузке, сохраняя определенный режим работы последней.

Различают аттенюаторы с постоянными и переменными параметрами звеньев.

Простейшая схема аттенюатора с постоянными параметрами звеньев имеет вид:

2.7 Измерительный генератор отдает в нагрузку наибольшую мощность в том случае, когда его внутреннее сопротивление Rг равно сопротивлению нагрузки R. Такой режим работы измерительного генератора с нагрузкой называют согласованным.

2.8 В диапазоне частот до (20 ÷ 200) кГц целесообразно применять L генераторы RС типа. В более высокочастотном диапазоне следует использовать LС автогенераторы.

2.9 Генераторы на биениях используют при необходимости обеспечить изменение частоты в широком диапазоне.

2.10 На стабильность частоты RС генераторов влияет значение коэффициента усиления усилителя и стабильность параметров фазосдвигающей цепи. Для ее повышения следует стабилизировать коэффициент усиления усилителя.

2.11 Частоту автоколебаний можно менять изменением емкостей или

резисторов фазосдвигающей цепи.

2.12 Элемент с нелинейной вольтамперной характеристикой необходим для стабилизации амплитуды колебаний.

Контрольное задание № 3

Разработать универсальный мост для измерения R, L, С.

Выполните следующие задания и ответьте на вопросы, связанные с поставленной задачей.

3.1. Какие методы измерения R, L, C используются при построении электронных измерителей сопротивления, индуктивности и емкости? Объясните их.

3.2. Нарисуйте простейшую схему четырехплечевого моста переменного тока. Запишите условия равновесия моста.

3.3. Запишите условия равновесия моста переменного тока через комплексные сопротивления, выраженные в полярных координатах. Объясните их.

3.4. Что представляет собой индикатор равновесия моста и какие функции он выполняет?

3.5. Как определяется относительная чувствительность мостовой схемы переменного тока по напряжению?

3.6. С помощью каких средств измерений осуществляется поверка шкал универсального моста?

3.7. Какой вход должен быть у усилителя сигналов мостовой цепи? Как его обеспечить?

3.8. Требуется ли стабилизация коэффициента усиления у усилителя мостовой цепи?

3.9. От чего зависит погрешность мостовой измерительной цепи?

3.10. Какие частоты целесообразно использовать при измерении R, L, C и почему?

1. Душин Е.М. (ред.) Основы метрологии и электрические измерения. Л.: Энергоатомиздат. - 480с.

2. Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника. - М.: Высшая школа. 1982. - 495с.

3. Мулик А.В. Аналоговые измерительные устройства. - М.: Изд-во МАИ. - 1998, 147 с.

Эталонный ответ контрольного задания № 3

3.1 Измерение сосредоточенных параметров электрических цепей (R, L, С) может осуществляться несколькими методами. Основными методами, используемыми при построении электронных измерителей емкости, индуктивности и сопротивления, являются резонансные и мостовые методы.

Резонансные методы в свою очередь можно разделить на контурные и генераторные.

При контурном методе измерения в качестве основного измерительного узла используется резонансный контур LС, а при генераторном методе - LС - генератор.

Для измерения параметров электрических цепей широкое распространение получили методы сравнения измеряемой величины с образцовой.

Методы сравнения, использующие мостовые схемы, называют мостовыми.

3.2 Схема одинарного четырехплечевого моста переменного тока имеет вид: Плечи моста в общем случае содержат комплексные сопротивления Z₁:Z₄. Равновесие моста имеет место при таком подборе параметров плеч, чтобы I_o=0 т.е. при

Z₁ Z₄ = Z₂ Z₃

3.3 Условия равновесия моста переменного тока можно записать через комплексные сопротивления, выраженные в полярных координатах.

Учитывая, что Z₁=Z_{1е 1} ^jφ₁, Z₂=Z_2е ^jφ₂, Z₃=Z_3е ^jφ₃, Z₄=Z_4е ^jφ₄ условия равновесия моста примет вид

При Z ₁ Z₄ = Z₂ Z₃ φ₁ + φ_{4 =} φ_{2 +} φ₃

Условие Z₁ Z₄ = Z₂ Z₃ указывает, что равновесие моста наступает при равенстве произведений модулей сопротивлений противоположных плеч. Условие φ₁+φ₄=φ₂+φ₃ указывает при каком расположении плеч, в зависимости от характера их сопротивлений, можно уравновесить мост. Если смежные плечи имеют активные сопротивления, можно уравновесить мост. Если смежные плечи имеют активные сопротивления, то сопротивления двух других смежных плеч могут иметь или индуктивный или емкостной характер. Если противоположные плечи имеют чисто активные сопротивления, то одно из двух других должно быть индуктивным, а второе - емкостным.

3.4 В мостах переменного тока применяют электронные нуль-индикаторы с большим входным сопротивлением. Он представляет собой многокаскадный усилитель низкой частоты и предназначен для усиления напряжения, поступающего с измерительной (выходной) диагонали моста, и определения равновесия моста нулевым методом по стрелочному индикатору.

В мостах постоянного тока для определения состояния равновесия используют нуль-индикаторы постоянного тока, чаще всего магнитоэлектрический гальванометр.

3.5 В мостах переменного тока обычно используют электронные нуль-индикаторы, чувствительные к напряжению. Поэтому, как правило, определяют чувствительность мостов переменного тока по напряжению.

Относительная чувствительность мостовой схемы переменного тока по напряжению равна

- напряжение на измерительной диагонали; - относительное изменение сопротивления в плече.

3.6 Проверка шкал универсального моста осуществляется с помощью наборов мер сопротивлений, индуктивностей и емкостей.

3.7 Вход должен быть дифференциальным

3.8 Не требуется, так как усилитель выполняет роль нуль-органа.

3.9 Погрешность зависит от точности элементов сравнения.

3.10 При измерении R целесообразно использовать низкочастотное или постоянное напряжение. При измерении L целесообразно применять средние частоты, где не проявляется влияние паразитных емкостей. При измерении C целесообразно применять пониженные частоты, на которых не проявляется влияние паразитных индуктивностей.

Контрольное задание № 4

Разработать аналоговый автоматический прибор для измерения температуры с записью на диаграммной ленте.

Выполните следующие задания и ответьте на вопросы, связанные с поставленной задачей.

4.1. Приведите классификацию регистрирующих аналоговых измерительных приборов в зависимости от типа структурной схемы.

4.2. Нарисуйте структурную схему автоматического прибора с астатической характеристикой. Объясните принцип действия прибора.

4.3. Назовите типы измерительных схем наиболее широко применяемых в автоматических приборах.

4.4. Какие функции выполняет обратный преобразователь в схемах

автоматических приборов?

4.5. Какие типы обратных преобразователей используются в автоматических приборах со статической и астатической характеристикой?

4.6. Какие требования предъявляются к усилителям регистрирующих

приборов?

4.7. С помощью какого устройства осуществляется регистрация показаний автоматического прибора? Что включает в себя регистрирующее устройство?

4.8. Какой тип преобразователя используется для преобразования температуры в напряжение?

4.9. Какие методы регистрации используются в самопишущих приборах?

4.10. Какие типы электрических двигателей используются для перемещения носителя (диаграммной ленты), на котором производится регистрация показаний? Какие типы электрических двигателей используются для перемещения регистрирующего органа?

1. Бишард Е.Г. и др. Аналоговые электроизмерительные приборы. - М.: Высшая школа, 1991, 415 с

.2. Орнатский П.П. Автоматические измерения и приборы (аналоговые и цифровые). К.: Вища школа. Головное издательство, 1986. - 504с.