Эталонный ответ контрольного задания № 4

4.1 По типу структурной схемы регистрирующие аналоговые измерительные приборы делятся на приборы прямого действия с разомкнутой структурной схемой и приборы уравновешивания с замкнутой структурной схемой, в которых уравновешивание осуществляется непрерывно (следящее уравновешивание).

Приборы следящего уравновешивания в свою очередь делятся на приборы со статической характеристикой и приборы с астатической характеристикой.

4.2 Структурная схема автоматического прибора с астатической характеристикой имеет вид: Д – двигатель; МП - механическая передача; Р – редуктор; РУ - регистрирующее устройство; У – усилитель; ОП - обратный преобразователь.

Принцип действия автоматического прибора заключается в сравнении измеряемой величины Х с компенсирующей ее величиной Хк, вырабатываемой обратным преобразователем ОП. Разность измеряемой и компенсирующей величин Δх=х-х к усиливается усилителем У и подается на исполнительный двигатель Д с редуктором Р. Вращение выходного вала редуктора преобразуется в линейное перемещение каретки L специальной механической передачей МП, на которой укреплены регистрирующий орган и подвижный элемент обратного преобразователя.

4.3 Измерительная схема является одним из основных элементов автоматических приборов. Наиболее широко применяются уравновешенные мостовые схемы, потенциометрические измерительные и дифференциально трансформаторные схемы.

4.4 Обратный преобразователь в схемах автоматических приборов осуществляет преобразование выходной величины замкнутой части структурной схемы прибора в компенсирующую величину хк.

4.5 В автоматических приборах со статической характеристикой входная X и выходная Y однородны, поэтому функция обратного преобразователя сводится, в основном, к изменению масштаба выходной величины Y. Изменение масштаба производится с помощью одного или нескольких резисторов, включенных по определенной схеме.

В автоматических приборах с астатической характеристикой выходной величиной Y является угловое (α) и линейное перемещение (L), что предполагает наличие элементов, преобразующих это перемещение в изменение электрического параметра. В качестве таких элементов широко применяются контактные переменные резисторы (реохорды) и бесконтактные преобразователи перемещения.

4.6 Усилители приборов прямого действия усиливают абсолютные значения измеряемых величин, поэтому они должны иметь высокую стабильность коэффициента усиления и линейность в заданном диапазоне измеряемых величин.

В приборах уравновешивания стабильность коэффициента усиления не играет столь существенной роли. В то же время его значение является весьма важным параметром.

4.7 Регистрация показаний автоматического прибора осуществляется с помощью регистрирующего устройства, которое включает в себя:

- материал-носитель, на котором производится регистрация;

- регистрирующий орган для нанесения знаков регистрации;

- механизм, воздействующий на регистрирующий орган;

- устройство для перемещения носителя.

4.8 В качестве преобразователей (датчиков) температуры в напряжение в автоматических приборах чаще всего используются термопары типа ХК (хромель-капель), ХА (хромель-алюмель) и ПП (платина-платинородий).

4.9 В самопишущих приборах используются методы регистрации нанесением слоя вещества на носитель: запись на диаграммной бумаге чернилами и пастой или печатание.

4.10 Для перемещения носителя (диаграммной ленты) используются синхронные двигатели, обеспечивающие постоянство скорости вращения.

Для перемещения регистрирующего органа применяются в основном асинхронные двухфазные двигатели переменного тока с короткозамкнутым ротором.

Контрольное задание № 5

Произвести анализ формы сигнала, проходящего через четырехполюсник, определить его входное и выходное напряжение, частоту, сдвиг фаз и коэффициент нелинейных искажений.

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

5.1. Какие электронные приборы используются для наблюдения измерения и исследования формы сигнала и спектра?

5.2. Что такое электронный осциллограф, каковы его достоинства?

5.3. Нарисуйте и объясните структурную схему универсального электронного осциллографа.

5.4. Приведите простейшую схему генератора развертки.

5.5. С какой целью в электронных осциллографах применяется схема синхронизации? Какие виды синхронизации используются в осциллографах?

5.6. Какие параметры исследуемого сигнала можно измерить с помощью осциллографа? Произведите измерения этих параметров с помощью осциллографа С1-77.

5.7. Как измерить сдвиг фаз между входным и выходным напряжениями четырехполюсника с помощью осциллографа?

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

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

5.10. Приведите структурную схему измерителя нелинейных искажений и объясните его принцип действия.

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

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

3. Мирский Г.Я. Электронные измерения. - М.: Радио и связь, 1988. - 440с.

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

Эталонный ответ контрольного задания № 5

5.1. Для наблюдения, измерения и исследования формы сигнала и спектра используются электронные осциллографы, анализаторы спектра,

измерители нелинейных искажений, характериографы.

5.2. Электронный осциллограф - универсальный измерительный прибор, предназначенный для наблюдения и исследования электрических сигналов, а так же измерения их параметров.

Он имеет высокую чувствительность, большое входное сопротивление, работает в широком диапазоне частот.

5.3. Структурная схема электронного осциллографа имеет вид: Исследуемый сигнал подается на вход Y. При помощи входного аттенюатора АТТ устанавливается величина сигнала удобная для наблюдения и исследования на экране ЭЛТ.

Усилители канала У (УН, УМ) усиливают сигнал до необходимой величины перед поступлением его на вертикально-отклоняющие пластины Y.

Одновременно на горизонтально-отклоняющие пластины подается напряжение развертки.

Схема синхронизации и запуска СС вырабатывает прямоугольные импульсы постоянной амплитуды, независимо от величины и формы приходящего сигнала, тем самым достигается устойчивый запуск схемы развертки СР, вырабатывающей пилообразное напряжение.

Пилообразное напряжение усиливается до необходимой величины усилителем горизонтального отклонения и поступает на горизонтально-отклоняющие пластины ЭЛТ.

Схема управления яркостью луча СУЛ вырабатывает прямоугольные импульсы, которые поступают на специальные бланкирующие пластины и гасят луч ЭЛТ во время обратного хода луча.

Калибратор КАД используется для калибровки усиления усилителя вертикального отклонения и калибровки длительности развертки.

5.4. Простейшая схема генератора развертки может быть выполнена на базе интегратора

5.5. Для получения неподвижного изображения на экране ЭЛТ необходимо, чтобы периоды развертывающего напряжения и исследуемого сигнала были равны или кратны. Для обеспечения синхронной работы схемы развертки с исследуемым сигналом предназначена схема синхронизации.

В осциллографах применяют три вида синхронизации: внутреннюю, т.е. напряжением исследуемого сигнала; внешнюю осуществляемую с помощью внешнего источника; от сети (напряжением питающей сети).

5.6. С помощью осциллографа можно измерить амплитуду, временные параметры сигнала и сдвиг фаз между двумя напряжениями.

5.7. Для измерения сдвига фаз между входным и выходным напряжениями четырехполюсника можно воспользоваться методом линейной развертки двух осциллограмм, применив двухканальный или двухлучевой осциллограф, или же однолучевой осциллограф с двухканальным коммутатором.

Сдвиг фаз можно измерить с помощью однолучевого осциллографа методом эллипса. Измерение осуществляется путем подачи исследуемых напряжений одинаковой частоты и амплитуды на различные пары отклоняющих пластин ЭЛТ. В общем случае на экране ЭЛТ наблюдается эллипс, симметричный относительно координатных осей X и Y.

Сдвиг фаз определяют по размерам отрезков, отсекаемых эллипсом на осях координат, исходя из выражения:

5.8. Амплитуды гармонических составляющих несинусоидальных колебаний можно измерить с помощью анализаторов спектра.

По принципу действия анализаторы параллельного анализа и анализаторы последовательного анализа. Структурная схема анализатора спектра параллельного анализа имеет вид: Структурная схема анализатора спектра последовательного анализа:

5.9. 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

5.10. Структурная схема измерителя нелинейных искажений имеет вид

В положении переключателя SА "Калибровка" исследуемый сигнал через входной делитель и широкополосный усилитель, минуя избирательное устройство ИУ, подается непосредственно на электронный вольтметр КВ. Последний измеряет среднеквадратическое значение напряжения всего сигнала.

В положении переключателя SА "Измерение" исследуемый сигнал на вольтметр поступает через избирательное устройство, подавляющее первую гармонику. Вольтметр, обладающий квадратичной характеристикой, измеряет среднеквадратическое напряжение высших гармонических составляющих сигнала.

Сравнением показания вольтметра во втором случае с его показанием, полученным в первом случае, определяют значение коэффициента Кн

.