5,8. С помощью какого прибора можно измерить амплитуды гармонических составляющих несинусоидальных колебаний. Приведите структурные схемы анализаторов спектра.

с помощью Анализатора спектра.

Частота f_х постоянна на входном блоке. Если уровень сигнала большой, то его ослабляют аттенюатором, если маленький – усиливают. Все это делает входной блок (Вх.Б). Затем U_X поступает на смеситель (СМ), куда одновременно подается напряжение с частотой f_Г гетеродина (Г). С выхода смесителя напряжение комбинационных частот поступает на избирательное устройство (ИУ), выделяющее сигнал с суммарной или разностной частотой гетеродина и исследуемого сигнала. С избирательного устройства сигнал поступает на детектор (Д) и измеряется с помощью показательного устройства (ПУ). Перестраивая частоту f_Г, можно выделить f_х. Для наглядного отображения спектра используют АС последовательного анализа на основе ЭЛТ.

Исследуемый сигнал U_ВХ поступает на входной блок (Вх.Б), где усиливаем усилителем или ослабляем аттенюатором до нужного значения и подаем на смеситель (СМ). Смеситель перемножает входной сигнал с сигналом гетеродина, частота которого изменяется по линейному закону с помощью генератора развертки (ГР). С выхода смесителя напряжение комбинированных частот поступает на избирательный устройство (или резонатор), выделяющий сигналы суммарной или разностной частот гетеродина и исследуемого сигнала. С избирательного устройства сигнал поступает на детектор (Д), далее на широкополосный усилитель (ШУ) и индикатор, выполненный на базе ЭЛТ. Синхронно с изменением частоты гетеродина частота напряжение генератора развертки, усиливаемое усилителем горизонтального отклонения (УГО) перемещает луч ЭЛТ по горизонтали. В момент совпадения комбинационной частоты настройки избирательного устройства на экране ЭЛТ появляется отклик, амплитуда которого пропорциональна амплитуде соответствующей гармоники исследуемого сигнала. Последовательная перестройка гетеродина в полосе анализа позволяет получить картину относительного распределения амплитуд соответствующих спектру сигнала. На экране осциллографа появляется картина.В анализаторе спектра используют амплитудные или среднеквадратические детекторы (ПАЗ или ПДЗ). Для повышения точности вместо ЭЛТ применяют регистрирующие приборы.

5,9. Какими коэффициентами оценивается степень искажений синусоидальной формы напряжения, вносимых четырехполюсником? Какова связь между ними?

Степень искажения синусоидальной формы напряжения, вносимых четырехполюсником оценивается коэффициентом гармоник Кг и нелинейных искажений Кн.

где - U₁, U₂ - амплитуды гармоник.

Они связаны между собой следующим соотношением

При малых искажениях Кг и Кн практически равны.

Эти коэффициенты могут быть определены путем измерения амплитуд составляющих спектра при помощи анализатора спектра и последующего их вычисления по соответствующим формулам.

Однако более просто эти коэф-ты могут быть найдены через соотношение эффективных значений напряжений: ;.

5,10. Приведите структурную схему измерителя нелинейных искажений и объясните его принцип действия.

Структурная схема ИНИ использующая этот принцип измерения имеет вид:

Uвх поступает на входное устр-во ВУ состоящее из аттенюатора и предварительного усилителя. Со входного устройства сигнал определенного уровня подается либо на выходное устройство, состоящее из аттенюатора и согласующего усилителя (SA-1), либо на избирательное устройство представляющее собой избирательный усилитель (SA-2).

В первом случае вольтметр эффективных значений (квадратичный вольтметр) измеряет полное эффективное значение входного сигнала, и показания его будут равны:

Во втором случае избирательный усилитель настроенный на частоту первой гармоники подавляет её и показания вольтметра будут пропорциональны эффективному значению высших гармоник, т.е.:

;

Значение α0 устанавливается аттенюатором входного устройства на определенной отметке шкалы, поэтому шкалу вольтметра можно проградуировать в значениях коэффициента нелинейных искажений.

В избирательном усилителе в качестве частотно зависимой цепи обычно применяют RC- мост по схеме Вина. В процессе измерения мост настраивается на подавление основной гармоники. Если основная гармоника на выходе избирательного устройства отсутствует то показания вольтметра будут минимальны.

В современных ИНИ измерение производиться автоматически и структура имеет вид:

Uвх через ВУ подается на в узел автоматической регулировки усиления (АРУ) на его выходе поддерживается постоянное значение напряжения при изменениях исследуемого сигнала. С выхода АРУ напряжение поступает в режекторный (избирательный усилитель), в котором осуществляется автоматическое подавление первой гармоники, предварительно усиленного сигнала.

Узел автоматической подстройки частоты (АПЧ) управляет частотой режекции. Т.о. чтобы напряжение на его выходе стало минимальным. Напряжение высших гармоник поступает на вход усилителя (У), усиленное напряжения высших гармоник измеряется вольтметром среднеквадратического значения, состоящего из преобразователя (ПДЗ) и отсчетного устройства, проградуированного в процентах от Кни.

Этот ИНИ не яв-ся полностью автоматическим, диапазон исследуемых частот устанавливается т.о. чтобы обеспечить нормальную работу АРУ и АПЧ, которые контролируются приборами.

Контрольного задания № 6

Разработать устройство контроля температуры в печи, в которой производится термообработка деталей. Номинальное значение температуры Т=90 С. Предложить метод контроля, выбрать первичный измерительный преобразователь, разработать структурную схему прибора и ее основные функциональные узлы. Выходной сигнал, подаваемый на регистрирующее устройство, должен соответствовать системе ГСП. Учесть, что регистрирующее устройство находится на значительном расстоянии от прибора.

ОТВЕТ

6.1. Назовите основные устройства для измерения температуры.(термопара и датчики сопротивления)

Температура измеряется с помощью термопар, контактных термометров и с помощью оптических и радиационных пирометров. Электрические приборы, предназначенные для измерения температуры, называют электрическими термометрами. Электрический термометр представляет собой сочетание (комплект) преобразователя температуры (терморезистора, термопары и т.д.) с электрическим измерительным прибором.В зависимости от типа используемого термопреобразователя приборы называют термометрами сопротивления, термоэлектрическими термометрами, термотранзисторными термометрами и др.Температуру можно мерить с помощью контактных термометров сопротивления, термопар и с помощью оптических и радиационных пирометров.