5. Методические указания и вопросы для само­проверки к темам рабочей программы.

К теме 1.

Необходимо иметь представление о современных методах информа­ционного обеспечения систем управления, включая принципы построе­ния информационных систем, их структурную реализацию, особенности эксплуатации и методы обеспечения требуемого качества. Понимать сущность автоматизации технологических процессов и производств и роль в ее обеспечении информационно-измерительных устройств, их значение в достижении требуемого качества систем управления. При классификации технических средств, входящих в управляющие системы, выделить основные: а) для восприятия и первичного преобразования информации; б) для передачи и представления информации; в) для пе­реработки информации; г) для получения управляющих воздействий.

Выяснить роль методов и средств измерения электрических пара­метров систем управления, современных способов обеспечения качест­ва средствами электрических измерений.

Л: [4],c.7-28; [6],c. 91-140.

Вопросы для самопроверки.

1. В чем состоит назначение информационно-измерительных устройств систем управления?

2. Какими структурными схемами можно отобразить данные устройства?

3. В чем заключается роль технических средств, служащих для восприятия и первичного преобразования информации?

4. Какие технические средства можно использовать для промежу­точного преобразования информации?

5. Каким образом осуществляется обработка информации и получение управляющих воздействий?

6. Какие измеряемые и контролируемые физические величины можно преобразовывать информационно-измерительными устройствами?

7. Каковы перспективы развития информационно-измерительных устройств систем управления?

К теме 2.

В данном разделе необходимо хорошо знать современную систему единиц измерения, учитывать при проведении эксперимента влияние ус­ловий измерения на точность и достоверность результатов измерения, возможности компенсаций погрешностей. Помнить, что из методов непо­средственной оценки к сравнения последние обладают более высокой точностью измерений.

Рассматривая средства измерений, нужно обратить внимание не их основные типы: меры, эталоны, измерительные приборы, измерительные преобразователи, информационно—измерительные системы, измерительные вычислительные комплексы,

Особое внимание в данном разделе требуется уделить изучению те­ории погрешностей измерения. Знать причины появления тех или иных погрешностей, их графическое представление, возможности уменьшения и компенсации погрешностей.

Так как в результате любого измерения всегда присутствует слу­чайная погрешность (для чувствительных средств измерения), нужно иметь понятие о законах распределения случайных величин, их коли­чественных числовых характеристиках, правилах обработки случайных погрешностей, видах их представления. Большую помощь при практи­ческих вычислениях числовых характеристик случайных погрешностей может оказать применение вычислительной техники. Поэтому стоит уделить внимание вопросам, связанным с разработкой алгоритмов и программ для решения подобных задач.

Л: [1],с.5-60; [2],с.4-19, с.35-41, с.47-51. с.75-82; [3],с.5-16, с.21-30, с.33-42; [5].C.6-S2; [6],с.7-90.

Вопросы для самопроверки.

1. Что представляют собой измеряемые величины ж измеряемые

сигналы?

2. В чем состоит разница между измерительными и энергетическими преобразователями?

3. В каких случаях предпочтительнее пользоваться косвенными видами измерений?

4. В чем состоит отличие измерительных приборов от измерительных преобразователей?

3. Каким образом можно отобразить результаты измерений?

3. Как связаны между собой чувствительность приборов типа амперметров и вольтметров с их собственной потребляемой мощностью?

3. Что понимают под временем успокоения измерительных приборов?

3. Какие законы распределения чаще всего использует при оценке случайных погрешностей и почему?

4. В чем разница между аддитивной и мультипликативной погрешностями измерений?

10. Как выразить относительную погрешность измерения, зная класс точности прибора, конечное значение его шкалы и результат измерения?

11. Какие числовые характеристики используют для оценки свойств законов распределения?

К теме 3.

Изучая данный раздел, нужно четко представлять назначение из­мерительных средств электромеханического типа и их основные осо­бенности в процессе преобразования измеряемой величины в результат измерения. Для правильного выбора типа прибора, требуемого при проведении заданного измерения, нужно хорошо знать условные обоз­начения, наносимые на циферблат прибора и уметь пользоваться соответствующими техническими описаниями к измерительным приборам.

При изучении аналоговых электромеханических приборов нужно знать принципы их работы, вывод уравнения преобразования, области применения, достоинства и недостатки, частотный рабочий диапазон, а также обратить внимание на особенности работы приборов с элект­рическим противодействующим моментом (логометры). Кроме того, нуж­но ознакомиться с перспективными направлениями в развитии совре­менной электроизмерительной техники.

Л: [1],с.61-73, с.87-132; [2],с.97- 52;

[3],с.84-106; [6],с.153-158.

Вопросы для самопроверки.

1. Для каких целей предназначены электромеханические измерительные приборы?

2. При выполнении каких условий стрелка прибора будет отклонена на определенное число делений шкалы?

3. Какие типы успокоителей используются в приборах и для чего?

4. Какой тип указателя (стрелки) и шкалы обеспечивает наименьшую погрешность отсчета результата измерения?

5. В чем состоит принцип работы магнитоиндукционного успокоителя?

6. Что обозначает класс точности прибора, если соответствую­щие цифры обведены кружком? Под цифрой изображен знак угла?

7. Какой тип прибора целесообразнее использовать при точных измерениях на постоянном токе?; на переменном токе?; в условиях ударов, вибраций и трясок?

8. Каковы особенности работы- электростатических приборов?

9. В чем состоит суть работы логометров?

10. Для измерения каких величин применяются индукционные при­ боры? В чем их особенности?

К теме 4.

В данном разделе прежде всего нужно знать назначение электри­ческих измерительных преобразователей.

При изучении конкретных типов электрических измерительных пре­образователей следует обратить внимание на основные формулы для расчета сопротивлений для одно- и многопредельных амперметров и вольтметров, уметь определять погрешности, вызываемые включением преобразователей, знать их классы точности, способы включения b правила работы с ними.

Л; [2],с.101-113; [3],с.107-121, с.138-147; [6],с.145-153.

Вопросы для самопроверки.

1. Назначение делителей напряжения, шунтов, добавочных сопротивлений, трансформаторов тока и напряжения.

2. Что обозначает класс точности, указываемый на шунтах и

добавочных сопротивлениях?

3. Какие погрешности характеризует трансформаторы тока и напряжения?

4. Как определить значения тока, напряжения и мощности в

первичной цепи при использовании ТТ и ТН?

5. Какие типы выпрямительных преобразователей используют при измерении переменных токов и напряжений?

6. Какие типы измерительных приборов применяют с выпрямитель­ными и термоэлектрическими преобразователями?

7. Каким образом связаны между собой амплитудное, действующее и средневыпрямленное значения токов и напряжений в выпрямительных преобразователях?

8. Какими особенностями характеризуются термоэлектрические преобразователи?

К теме 5.

Здесь, прежде всего, нужно хорошо представлять все параметры, характеризующие такие элементы радиоэлектронной аппаратуры как ре­зисторы, катушки индуктивности, конденсаторы, взаимные индуктивнос­ти. Особенно это касается катушек индуктивностей и конденсаторов, эквивалентные схемы которых могут включать дополнительные элементы - собственное сопротивление и емкость катушки, сопротивление по­терь или утечки конденсаторов. Это приводит к необходимости изме­рять такие параметры элементов, как их добротность я тангенс угла потерь.

Среди косвенных способов нужно ознакомиться с методом амперме­тра-вольтметра, а также с методом одного прибора (амперметра или вольтметра). Требуется уметь оценивать методические погрешности измерения, вызываемые наличием внутренних сопротивлений самих приборов.

Особое внимание нужно уделить изучению мостовых измерительных схем постоянного и переменного тока, которые находят широкое при­менение не только для измерения параметров электрических цепей, но и при измерении многих неэлектрических величин. Следует знать ос­новные характеристики мостовых схем, такие, как чувствительность, выходное сопротивление со стороны измерительной диагонали к диаго­нали питания, взаимное сопротивление между плечом моста и его диа­гоналями и т.п. Кроме того, нужно уметь составлять уравнение

равновесия, особенно для мостов переменного тока, а также знать пра­вила расположения реактивных элементов плеч моста для возможного уравновешивания схемы.

Знакомясь с потенциометрами (компенсаторами) постоянного и переменного тока, нужно обратить внимание на условия компенсаций, а также разобраться, в вопросе. почему компенсаторы постоянного имеют значительно меньшую погрешность измерения, чем компенсаторы переменного тока.

При измерении временных параметров, таких как частота или пе­риод, сдвиг фаз между двумя напряжениями, требуется рассмотреть приборы непосредственной оценки и структурные и принципиальные схемы приборов, использующих косвенные виды измерений.

Л: [1],c.170-193; [2],c.135-136, с.186-212; [3],с.186-243; [6],с.1&3-173.

Вопросы для самопроверки.

1. Начертить эквивалентную схему конденсатора, характеризуемого большим тангенсом угла потерь.

2. Как определяется добротность катушки индуктивности?

3. Чем отличается формула тангенса угла потерь для последовательной и параллельной эквивалентной схемы конденсатора?

4. В каких формах можно записать уравнение равновесия для мос­та переменного тока?

5. Как определяется выходное сопротивление моста постоянного тока со стороны индикатора равновесия?

8. В какое плечо моста переменного тока следует включить эта­лонную емкость для уравновешивания измеряемой индуктивности, если два других плеча выполнены из резисторов?

7. Чем объясняется высокая точность измерения компенсаторами постоянного тока?

8. Можно ли с помощью компенсаторов измерять неизвестные токи и сопротивления резисторов?

9. Какие типы преобразователей применяют в электромеханических частотомерах?

10. Привести структурную схему устройства для измерения угла сдвига фаз между двумя напряжениями с предварительным преобразованием во временной интервал и последующим суммированием (вычитанием).

К теме 6.

Изучая данный раздел, нужно обратить внимание на те преимущес­тва, которые обеспечивают электронные измерительные приборы: широ­кий частотный диапазон, высокая чувствительность, многопредельность и т.п. Преобразователи импеданса предназначены для согласования импедансов (полных сопротивлений) электронных схем, источника сиг­налов, нагрузки. Здесь следует различать преобразователи входного и выходного импеданса, знать какие функции они выполняют и каким образом могут быть реализованы.

Приступая к изучению электронных вольтметров, нужно прежде всего ознакомиться с измерительными преобразователями переменного на­пряжения в постоянное, амплитудными преобразователями синусоидаль­ных и импульсных сигналов, преобразователями средневыпрямленного значения пассивного и активного типа. В зависимости от взаимного порядка расположения выпрямительного преобразователя и усилителя на входе вольтметра следует уметь различать вольтметр типа усили­тель-выпрямитель и выпрямитель-усилитель, а также оценить их чув­ствительность.

Измерительные приборы с оптоэлектронными отсчетными устройст­вами являются перспективными средствами измерительной техники. По­этому нужно знать принцип действия таких приборов, основанный на электрооптических эффектах со светоизлучением -электро- и катодо-люминесценция, газовый разряд, принцип работы приборов на жидких кристаллах, с газоразрядным индикатором и со светодиодными отсчетными устройствами.

Так как электронные осциллографы являются одними из универса­льных приборов, часто применяемых в практике измерений параметров сигналов и наблюдений их формы, то требуется хорошо знать области применения и свойства осциллографов, их характеристики, общую структурную схему прибора и назначение отдельных узлов.

Л: [1],с.210-815, с.341-385; [2],с.152-188;

[3],с.147-182; [6], с 477-188.

Вопросы для самопроверки.

1. Какие метрологические характеристики электронных приборов обусловили их широкое применение в практике измерений?

2. В чем состоит суть прямых методов преобразования сигналов в электронных вольтметрах?

3. На какие типы делятся электронные вольтметры по своему назначению я принципу действия?

4. Чем ограничивается чувствительность электронных вольтметров постоянного тока при использовании усилителей постоянного тока?

5. Какие талы выпрямительных преобразователей применяет в электронных вольтметрах переменного тока?

6. В чем особенность работы универсальных я импульсных вольтметров?

7. Какие способы измерения частоты применяет в электронных аналоговых частотомерах?

8. По какому принципу могут быть построены преобразователи фа­зы в напряжение?

9. Какие погрешности свойственны аналого-дискретным оптоэлектронным приборам?

10. В чем заключается принцип работы оптоэлектронных приборов?

10. Какие режимы работы генератора развертки применяют в осциллографах?

11. В каких случаях используется режим внутренней и внешней синхронизация?

К теме 7.

При изучении данной теш нужно рассмотреть назначение и принципы работы регистрирующих приборов, методы регистрации с нанесени­ем слоя вещества на носитель (чернильный, чернильный струйный, ша­риковое устройство с пастой), со снятием слоя вещества с носителя (резцовый, плавильный, электротермический), с изменением состояния вещества носителя (термочувствительный, фотографический). По виду носителей регистрируемой информации следует различать диаграммные ленты я диски типа ЛR, ЛRБП, ЛПГ, ЛПГБП, ЛПВ, ЛПВБП, ЛRС, ЛПГС, ДR, ЛП, представлять их разметку и правила отсчета значений измеряемой величины, Рассматривая работу светолучевых осциллографов, нужно обратить внимание на принцип действия осциллографического гальванометра к устройства развертки изображения во Бремени, на способ регистрация измеряемой величины, а также на те преимущества, которыми обладают данные РП. Изучая магнитографы, нужно обратить внимание на принцип действия, виды записи на магнитный носитель (пря­мой, модуляционный, цифровой), достоинства подобного метода регис­трации. Относительно графопостроителей следует представлять их на­значение, принцип работы, виды входных сигналов {аналоговые, кодоимпульсные).

1: С11,с.133-170: [21.С..257-271; [ЗЗ.с.243-288; [в],с.160-177.

Вопросы для самопроверки.

1. Какие типы измерительных механизмов применяются в регистри­рующих приборах?

2. Какие требования предъявляют к регистрирующим устройствам?

3. В чем состоит различие э методах регистрации с нанесением и со снятием слоя вещества с носителя?

4. Каким образом осуществляется точечная регистрация исследуе­мого процесса?

5. Как устроен осциллографический гальванометр?

6. Каким образом в светолучевом осциллографе фиксируются вре­менные интервалы при регистрации?

7. Для каких целей могут применяться регистрирующие приборы сравнения? В чем их преимущества?

8. Какие основные узлы входят в состав регистрирующих приборов сравнения?

9. Какие возможности возникают у регистрирующих приборов при наличии микро-ЭВМ"?

10. В чем достоинства магнитного метода регистрации?

К теме 8

При изучении цифровых измерительных приборов (ЦИП) нужно пред­варительно ознакомиться с основными понятиями и определениями от­дельных блоков и узлов ЦИГЗ - аналого-цифровых я цифро-аналоговых преобразователей, их назначением. Далее следует рассмотреть вопро­сы квантования непрерывных измеряемых величин по времени и уровню с учетом погрешностей квантования и способы кодирования измеряемой величины. Для этого нужно вспомнить системы счисления, используемые в измерительной и вычислительной технике (двоичная, десятичная, двоично-десятичная и т.п.) и способы преобразования одной системы счисления в другую. При переходе к изучению самих ЦИП следует раз­бить их по принципу работы на группы - ЦИП с времяимпульсным, кодоимпульсным и частотно-импульсным методами преобразования изме­ряемых величин. Необходимо уметь начертить структурную схему при­бора со всеми логическими связями, временные диаграммы, поясняющие принцип работы, знать области применения приборов и их погрешности измерения, пороги чувствительности, входное сопротивлением, быстро­действие, помехозащищенность. Кроме этого необходимо изучить также цифровые измерительные приборы считывания для измерения перемещений с использованием циклических кодов (код Грея).

Л: [1],с.257-270, с.152-183, с.212-256; [2],с.243-286, с.147-174, с.323-369.

Вопросы для самопроверки

1. В чем отличие аналого-цифрового преобразователя от цифро-аналогового?

2. Что такое код и какие типы кодов применяются в измерениях?

3. В чем состоит суть дискретизации измеряемой информации по времени и уровню?

4. Каковы основные характеристики ЦИП?

5. От чего зависит точность ЦИП?

6. Какие системы счисления применяются в ЦИП и почему?

7. 7: Для чего предназначаются дешифраторы?

8. Каким образом осуществляется индикация результатов измерения в ЦИП?

9. Какие методы преобразования применяют в ЦИП?

10. Как можно уменьшить погрешность дискретности при измере­нии временных интервалов?

К теме 9

Изучение данной темы тесно связано с дальнейшим развитием из­мерительной техник» на базе современных элементов, узлов и уст­ройств с применением средств вычислительной техники. Прежде всего необходимо рассмотреть измерительные информационные системы, юс деление по функциональному назначению на измерительные системы, системы автоматического контроля и системы технической диагностики. Агрегатно-модульный принцип построения ИИС предполагает применение стандартных интерфейсов, наиболее распространенными из которых являются приборный интерфейс и интерфейс КАМАК. Далее следует ознако­миться с типовыми структурными схемами ИИС, обратить внимание на использование в ИИС унифицированных сигналов и перейти к более де­тальному изучению трех типов ИИС на уровне структурных схем.

Использование ЦВМ приводит к необходимости представления изме­рительной информации в дискретном виде. Поэтому нужно рассмотреть вопросы квантования сигналов во времени, методы сокращения избы­точности (определение оптимального числа выборок) на этапе обрабо­тки и на этапе первичного преобразования, методы рационального ко­дирования (статическое, адаптивное, разностное). Нужно понимать роль помехоустойчивости ИИС и методы ее повышения с использование» разных видов модуляции и корректирующих кодов.

С целью практического применения ИИС следует хорошо знать ос­новные узлы подобных систем, их назначение, принципы построения, достоинства и недостатки. Так как одной из важных проблем в ИИС является вопрос согласования информационного потока с пропускной способностью оператора, нужно еще раз вспомнить методы и устройст­ва представления информации (тема 7). По принципу построения ИИС „ можно выделить сканирующие системы последовательного я параллельно-последовательного действия.

На следующем этапе нужно уделить внимание измерительно-вычисли­тельным комплексам (ИВК), которые являются базовыми при создании информационно-измерительных приборов и систем нового поколения, об­ладающих целым рядом достоинств. Затем рассмотреть измерительно-вы­числительные средства системного применения, измерительно-вычисли­тельные комплексы, их назначение, общие принципы построения и рабо­ты, структурную организацию.

Л: [1],с.331-361, [2],с.369-390.

Вопросы для самопроверки

1. Для каких целей используют измерительные системы? Системы автоматического контроля? Системы технической диагностики?

2. В чем разница между многоканальными, сканирующими, мультиплицированными и многоточечными измерительными системами?

3. Некие типы телеизмерительных систем находят применение для измерения параметров удаленных объектов?

4. Что представляет собой измерительный канал на основе ИВС?

5. Какие типы вычислительных средств используют с ИВС?

6. Что представляет собой интерфейс?

7. Для какой цели применяют измерительно-вычислительные комплексы?

8. Что понимается под избыточностью и каким образом ее можно сократить?

9. В чем заключается суть статического, астатического и разностного кодирования?

10. С какой целью применяют корректирующие коды в ИИС?

11. Для чего используются унифицирующие устройства постоян­ного и переменного тока?

12. В чем состоит разность сравнения с уставками в непрерывной я аналоговой форме?

К теме 10

Данная тема является основополагающей при изучении данной дис­циплины, ток как практически вся информация в систему управления (СУ) поступает от первичных чувствительных элементов - датчиков, их основное назначение - преобразование неэлектрических величии в электрические сигналы, которые удобно использовать в СУ.

Поэтому нужно очень хорошо знать принципы работы, устройство, характеристики, области применения, достоинства и недостатки всех перечисленных в теме 10 типов датчиков. Следует научиться сравнивать разные типы датчиков с точки зрения оптимизации преобразова­ния одной и той же измеряемой величины с учетом гастритов, массы, условий работы и т.п. Надо обратить внимание т возможность ис­пользования дифференциальных датчиков, позволяю­щих повысить их чувствительность и линейность характеристики.

Так как многие типы датчиков в процесс их работы включаются в измерительные цепи в виде мостов постоянного и переменного тока, то нужно еще раз просмотреть вопросы, указанные в теме 5.

При изучении локационных, фотоэлектрических, фазовых цифровых преобразователей тоже нужно иметь представление не только об устройстве и принципе работы самого датчика, но и уметь составлять структурные или функциональные схемы всего измерительного уст­ройства, поясняя его работу временными диаграммами.

Ввиду обширности материала по данной теме следует тщательно и продуманно конспектировать изучаемые разделы, сопровождая их не­большими практическими примерами, взятыми или из технической лите­ратуры, или проработанными самостоятельно, исходя из реальных ра­бочих условий.

Л:[2],с.284-331,с.449-460; [4],с.29-61; [6],с.328-391; [7],с.6-34,с.75-149; [8],с.21-Ш, с.137-144,с.172-187

Вопросы для самопроверки

1. По каким признакам можно классифицировать датчики измерительных систем?

2. Каковы общие основные характеристики датчиков?

3. Какие датчики целесообразнее использовать для преобразования: а) больших и малых линейных перемещений;

б) температуры; в) давления; г) расхода; д) скорости;

е) определения координат объекта?

4. В чем состоит особенность применения дифференциальных датчиков?

5. Чем отличаются параметрические датчики от генераторных? Приведите примеры тех и других.

6. В чем преимущество акустических локационных датчиков перед оптическими?

7. Перечислите типы фотоприемников, применяемых в фотоэлектрических датчиках.

8. В чем состоит принцип работы приборов с зарядовой связью?

9. Каким образом можно повысить разрешающую способность растровых преобразователей?

10. В чем отличие вращающегося трансформатора от индуктосина?

11. Как можно уменьшить погрешность измерения в цифровых преобразователях фаза-код прямого действия?

12. С помощью каких ПФК можно измерить скорость и ускорение?

К теме 11

Основное назначение этой темы - поставить перед студентом такие вопросы, которые приходится решать в практической работе. Если в предыдущей теме требовалось объяснение принципа работы, устройс­тва и т.д. для разных типов датчиков, то теперь задача поставлена обратно, т.е. зная, какой параметр необходимо измерять, нужно из многих выбрать один тип датчика, который удовлетворял бы поставленным требованиям по динамическим и точностным характеристикам, быстродействию, надежности и т.п.

Поэтому для решения поставленных в этой теме вопросов нужно как следует разобраться в материале предыдущей темы. Но самое главное здесь - это научиться грамотно построить полностью все из­мерительное устройство, чтобы на его выходе получить такую форму сигнала, которую достаточно просто можно было бы согласовать с си­стемой управления, входом ЭВМ или микропроцессора, которые позво­ляют выполнить практически все процедуры по обработке поступающей с выхода измерительных устройств информации.

Л: [2],с.284-331,с.449-460; [4],с.29-121;

[6],с.328-391; [7],с.6-73; [8],с.62-91,с 72-188; [9],с.53-99, С'105-132,с.149-170, [10],с.36-58

Вопросы для самопроверки

1. Выберите тип датчика и начертите структурную схему устройс­тва измерения для контроля линейного перемещения в пределах 0,1-0,3 мм.

2. Нужно определить расстояние до объекта в пределах 0,5-1,5 м с относительной погрешностью около 2%. Какой датчик целесообразнее применить?

3. При измерении температуры от +10 до +150 градусов необходи­мо получить линейную характеристику преобразования. Предложите тип датчика и начертите схему его включения в измерительную цепь, если длина соединительных проводов около 1 метра.

4. Требуется определить направление на объект и отслеживание этого перемещения. Продумайте варианты измерительного устройства, способного выполнить эту задачу, если расстояние до объекта

1-2 метра.

5. Как можно измерить расход жидкости в трубопроводе?

6. Можно ли использовать для измерения концентраций электроли­та емкостной датчик?

7. Необходимо измерить линейное перемещение объекта в неоднородном магнитном поле. Какой тип датчика предпочтительнее применить в этом случае?

8. Какой тип датчика можно применить для измерения скорости перемещения объекта? Предложите структурную схему устройства.

9. Неким образом можно определить ориентацию объекта кубической формы?

10. Измеряется уровень жидкости в баке с прозрачными стен­ками. Что можно предложить для решения задачи?

Контрольные задания

Общие методические указания

Для выполнения контрольного задания студент выбирает номера задач в соответствии с последней цифрой шифра. Студенты заочной фермы обучения выполняют две контрольные работы, в каждую из кото­рых включены три задачи.

Выполняя контрольные задания, необходимо соблюдать следую­щие требования;

1. Условие задачи должно быть полностью переписано в тетрадь.

2. Все расчеты должны быть выполнены в системе Си.

3. Текстовая к расчетная части выполняются с оставлением по­лей и краткими пояснениями формул, в которые затем подставляются числовые значения.

4. Принципиальные электрические схемы включения приборов должны быть изображены в соответствии с требованиями ГОСТа и ЕСКД для всех задач.

К решению задач следует приступить после изучения соответствующих разделов курса.

Контрольное задание № 1

Задача 1

Расчет абсолютных, относительных, приведенных погрешностей, класса точности, цены деления, чувствительности, потребляемой мощ­ности приборов.

0. Определить класс точности амперметра с пределом измерения 1 А, поверяемого с помощью компенсатора постоянного тока. Поверяе­мым токам амперметра 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0 А соответствуют зна­чения токов компенсатора 0,2038; 0,3978; 0,6009; 0,8021; 0,9982 А.

1. Определить класс точности магнитоэлектрического миллиамперметра с конечным значением шкалы 0,5 мА для измерения тока О,1 -0,5 мА так, чтобы относительная погрешность измерения тока не пре­вышала 1%.

2. Основная приведенная погрешность показаний магнитоэлектри­ческого прибора 0,4%. Какова погрешность прибора при отклонении стрелки на 75, 50, 25 и Ь% его шкалы?

3. Для измерения напряжения 50 В имеются четыре вольтметра класса точности и номинального значения напряжения соответственно: первый - 1,0; 60 В; второй - 1,0; 75 В; третий - 0,5; 150 В; четв­ертый - 0,1; 300 В. Какой из них обеспечит минимальную относитель­ную погрешность измерения?

4. Магнитоэлектрический прибор имеет сопротивление рамки 20 Ом, шкалу на 100 делений и чувствительность по току 2дел/мА. Определить предел измерения по напряжению и цену деления прибора в вольтах.

5. Миллиамперметр рассчитан на ток 200 мА и имеет чувствитель­ность 0,5 дел/мА. Чему равны число делений шкалы, цена деления и измеренный ток, если стрелка прибора отклонилась на 30 делений?

6. Сопротивление электромагнитного вольтметра класса точности 0,5 равно 5 кОм, его номинальный ток - 30 мА, шкала прибора имеет 150 делений. Определить предел измерения вольтметра, цену деления, наибольшую допустимую абсолютную погрешность показаний и номиналь­ную мощность, потребляемую вольтметром.

7. Истинное значение тока в цепи 5,23 А. Амперметр с верхним пределом измерения 10 А показал ток 5,3 А. Определить: а) абсолют­ную погрешность прибора; б) поправку; в) относительную погрешность прибора; г) основную приведенную погрешность прибора.

8. Магнитоэлектрический милливольтметр, с номинальным напряже­нием 50 мВ имеет сопротивление 10 кОм и шкалу прибора на 50 деле­ний. Класс точности 0,5, Определить максимальную абсолютную и от­носительную погрешности измерения, если стрелка прибора отклони­лась на 25 делений.

9. Магнитоэлектрический прибор имеет сопротивление рамки 10 Ом, шкалу на 100 делений и номинальное напряжение 100 мВ. Определить его чувствительность и цену деления по току и напряжению.

Задача 2

Расчет выходных токов выпрямительных преобразователей с уче­том формы кривой измеряемого тока.

0. В цепь переменного тока прямоугольной симметричной формы с амплитудным значением 10 мА и частотой 50 Гц включен выпрямитель­ный миллиамперметр с двухполупериодной схемой выпрямления. Шкала прибора градуирована в среднеквадратических значениях синусоидаль­ного тока. Определить: 1) показания прибора; 2) действительное значение измеряемого тока, определяемое формой его кривой 3) относительную погрешность измерения.

1. Определить показания выпрямительного миллиамперметра с однополупериодной схемой выпрямления, включенного в цепь постоянного тока 10 мА. Шкала прибора градуирована в среднеквадратических зна­чениях синусоидального тока.

2. Во сколько раз действующее значение измеряемого синусоидаль­ного тока больше среднего значения (постоянной составляющей) на ко­торый реагирует выпрямительный миллиамперметр: 1) с однополупериодной схемой выпрямления ; 2) с двухполупериодной мостовой схемой выпрямления?

3. Решить предыдущий пример с двухполупериодной схемой выпрям­ления, два диода которой с соединенными анодом и катодом заменены на два резистора величиной R каждый, а внутреннее сопротивление миллиамперметра - R(ИМ). Шкала прибора градуирована в действующих значениях синусоидального тока.

4. В цепь однополярного переменного тока пилообразной формы с амплитудой 50 мА, длительностью импульсов 20 мс и периодом повто­рения 50 мс включен выпрямительный миллиамперметр с однополупериодной схемой включения. Шкала прибора градуирована в среднеквадратических значениях синусоидального тока. Определить: 1) показание прибора; 2) действительное значение измеряемого тока, определяемое формой его кривой; 3) относительную погрешность измерений.

5. Несинусоидальный ток с амплитудным значением 7 мА, коэффи­циентом формы 1,57 и коэффициентом амплитуды 2,О измеряется выпрямительным миллиамперметром с однополупериодной схемой выпрямления. Шкала прибора градуирована в среднеквадратических значениях сину­соидального тока. Определить: 1) показание прибора;2) действитель­ное значение измеряемой величины с учетом поправки, определяемой формой кривой тока.

6. Решить предыдущий пример, если выпрямительный миллиампер­метр, имеет двухполупериодную схему выпрямления.

7. Определить показания миллиамперметра с однополупериодной схемой выпрямления, включенного в цепь переменного тока, имеющего три формы: 1) синусоида; 2) пульсирующей на выходе однополупериодного выпрямителя. Амплитуда тока 14,1 мА. Шкала прибора градуиро­вана в действующих значениях синусоидального тока.

8. Определить показания миллиамперметров магнитоэлектрического, термоэлектрического, выпрямительного с одно-двухподупериодными схе­мами выпрямления, включенных в цепь тока, имеющего форму однополярных прямоугольных импульсов с амплитудой 100 мА, длительностью импульсов 10 мкс, периодом повторений 1 мс.

9. Определить показания миллиамперметров магнитоэлектрического и выпрямительного с однополупериодной схемой выпрямления со шкалой, градуированной в действующих значениях синусоидального тока, включенных в цепь переменного тока, имеющего формы: 1) треугольную сим­метричную; 2) прямоугольную симметричную. Амплитуда тока 30 мА, частота 50 Гц.

Задача 3

Расчет мостовых схем.

0.Определять значение индуктивности L(х), сопротивление R(x) в цепи уравновешенного моcта, если параметры образцовой катушки L(0)=100мГн, R(0)=3 Ом, а сопротивления двух других плеч места равны 20 Ом и 10 Ом.

1. Определить входные сопротивления уравновешенного моста со стороны зажимов диагонали питания и со стороны зажимов диагонали указателя равновесия, если известно, что L(x)=0,01 Гн, R(x)=10 Ом, параметры образцовой емкости C(0)=1 мкФ, R(0)=1000 Ом, а сопротивления двух других плеч моста равны по 100 Ом.

2.Определить значение измеряемой емкости C(x) в цепи уравновешенного моста при образцовой емкости C(0)=1 мкФ и сопротивлениях плеч моста, равных 300 Ом и 1500 Ом.

3. Определить R(x) и C(x) для уравновешенной мостовой схемы, ес­ли известно, что параметры образцовой емкости R(0)=1000 Ом, С(0)=0,1 мкФ, а сопротивления двух других плеч равны 100 Ом и 200 Ом. ( R(0) и C(О) соединены последовательно).

4. Определить значение индуктивности L(x), сопротивления R(x), добротности Q(x) в цепи уравновешенного моста, если параметры образцовой емкости С(0)=1 мкФ, R(0)=100 Ом ( С(0) и R(0) включены па­раллельно), значения сопротивлений двух других плеч равны 100 Ом и 1000 Ом, а частота питающего напряжения 1000 Гц.

5. Определить входное сопротивление уравновешенного моста со стороны зажимов диагонали питания и со стороны зажимов указателя равновесия, если известно, что R(x)=2,5 Ом, X(x)=30 Ом, параметры образцовой индуктивности R(0)=5 Ом, Х(0)=60 Ом, а сопротивления двух других плеч моста равны 10 Ом и 20 Ом.

6. Определить емкость С(x) и тангенс угла потерь конденсатора в цепи уравновешенного моста, если параметры образцовой емкости R(0)=10 Ом, С(0)=0,1 мкФ ( R{0) и С(0) соединены последовательно), со­противления плеч моста равны 1000 Ом и 500 Ом, частота питающего напряжения 1000 Гц.

7. Определить значения R(x) и L(x) в цепи уравновешенной мосто­вой схемы, если известно, что параметры образцового конденсатора C(0)=1 мкФ, R(0)=1000 Ом, а сопротивления двух других плеч моста 100 Ом и 100 Ом.

8. Мостовая схема переменного тока уравновешена при значении образцовой емкости C(0)=0,1 мкФ, сопротивления плеч моста 100 Ом и 500 Ом, Определить величину неизвестной емкости C(X).

9. Мостовая цепь, состоящая из измеряемой и образцовой индуктивностей и двух резисторов уравновешена.5 Определить R(x) и L(x), если известно, что R(0)=5 Ом, L(0)=0,1 Гн, сопротивления плеч моста рав­ны 10 Ом и 20 Ом.

Контрольное задание N 2

Задача 1

Расчет амплитудных среднеквадратичных средневыпрямленных значений напряжений наблюдаемых сигналов.

О. Амплитудному значению исследуемого напряжения соответствует на экране осциллографа отрезок длиной 45 мм. Для калибровки на вход Y осциллографа подано синусоидальное напряжение 10 В. Чему равна амплитуда исследуемого напряжения, если двойной амплитуде калиброванного напряжения соответствует отрезок длиной 50 мм?

1. Определить, при каких значениях коэффициента деления вынос­ного делителя K получены на калиброванной шкале коэффициента отк­лонения луча по вертикали значения 0,5; 0,2; 0,1 В/дел, если на открытый вход осциллографа подается калиброванное напряжение по форме, близкое "меандру" с частотой 2 кГц, размахом напряжения 50 мВ. Этот сигнал при K аттенюатора равном 1, отклоняет луч по вер­тикала на 5 делений.

2. Определить для условия предыдущего примера, при каких зна­чениях K получены значения 0,05; 2; 5 В/дел на калиброванной шкале коэффициента отклонения осциллографа.

3. Определить амплитудное, среднеквадратичное и средневыпрямленное значения импульса пилообразной однополярной формы, если от­клонение луча по вертикали 7 делений, а на один период по горизон­тали - 6 делений; коэффициент отклонения равен 0,1 В/дел, длитель­ность калиброванной развертки 0,1 мкс/дел.

4. В условиях предыдущего примера изменилась форма сигнала. На экране осциллографа наблюдаются импульсы пилообразной формы дли­тельностью 4 деления с периодом следования 8 делений и амплитудой 8 делений. Определить амплитудное, среднеквадратичное и средневы­прямленное значения сигнала при его подключении на открытый и за­крытый входы осциллографа.

5. Измеряемое напряжение синусоидальной формы подается на вход Y осциллографа через аттенюатор с коэффициентом деления 1:10. Ко­эффициент отклонения C(Y)=5 В/дел, удвоенное амплитудное значение сигнала - 8 делений. Определить амплитудное, среднеквадратичное и средневыпрямленное значения измеряемого напряжения.

6. Определить амплитудное, среднеквадратичное и средневыпрямленное значения идеального однополярного прямоугольного импульса, полученного на экране ЭО, если коэффициент отклонения 0,5 В/дел, длительность калиброванной развертки 1 мс/дел, амплитуда импульса - 4 деления, его длительность - 2 деления, период повторений – 8 делений.

7.Измеряемое напряжение синусоидальной формы от генератора подается на вход Y1, а калибровочное напряжение типа "меандр" от внутреннего источника - на вход Y2 двулучевого осциллографа, коэффициент деления аттенюатора в первом случае был 1:100, во втором - 1:10. Определить показания вольтметра генератора (шкала градуи­рована в среднеквадратичных значениях синусоидального сигнала),ес­ли отклонения лучи по вертикали в обоих случаях одинаковы. Напря­жение размаха "меандра" равно 5 В.

8. Определить амплитудное, среднеквадратичное и средневыпрямленное значения сигнала, полученного на экране осциллографа с вы­хода однополупериодного выпрямителя, если его амплитуда - 3 деле­ния, коэффициент отклонения 5 В/дел, длительность калиброванной развертки 2 мс/дел, период сигнала составляет 4 деления.

9. Как с помощью осциллографа, имеющего открытый и закрытый входы, измерить постоянную U(0) и переменную U' составляющие си­нусоидального сигнала, полученное на выходе однополупериодного выпрямителя. Амплитуда напряжения составляет 6,3 де­ления, коэффициент отклонения 1 В/дел.

Задача 2

Построение изображений осциллограмм, получаемых на экране осциллографа, по известным формам сигналов, подаваемых на его вхо­ды Y и X и построение формы неизвестного сигнала по известным формам изображения осциллограммы и второго сигнала.

Примечание: для более точного построения изображений осцилло­грамм следует выбирать соответствующий масштаб и повышенную час­тоту дискретизации во времени. Амплитудные значения сигналов це­лесообразнее брать одинаковыми.

О. На входы У и X осциллографа поданы напряжения, имеющие соответственно синусоидальную и прямоугольную формы с одинаковыми амплитудами, периодами и начальной фазой, равной нулю.

1. Изобразить осциллограмму, которая должна получиться на эк­ране осциллографа, если на вход Y подано синусоидальное напряже­ние с частотой 250 Гц, а на вход X - линейное развертывающее напряжение с периодом развертки 8 мс и временем прямого хода луча 6 мс. Во время обратного хода луча ЭЛТ не запирается.

2. Изобразить функции напряжений, подаваемых на входы Y и X осциллографа, для получения т экране цифры 5 по шрифту Бергера. Коэффициенты отклонения по вертикали C(У) и горизонтали С(Х) одинаковые.

3. Изобразить осциллограмму, полученную на экране осциллогра­фа, если круговая развертка осуществляется синусоидальным напряжением с частотой 200 Гц, а на модулятор подано синусоидальное напряжение с частотой 1600 Гц.

4. Изобразить осциллограмму, получаемую на экране осциллогра­фа, если время нарастания напряжения непрерывной развертки в 4 раза больше времени его спада, а исследуемый сигнал представляет собой симметричное напряжение треугольной формы с частотой 1 кГц. Частота линейного напряжения развертки 0,4 кГц. При обратном ходе луча ЭЛТ запирается.

5. На вход Y осциллографа подано синусоидальное напряжение: на экране появилось изображение двух периодов синусоиды, причем длительность каждого следующего полупериода уменьшена на третью часть относительно предыдущего. Постройте форму напряжения, по­данного на вход X.

6. На входы X и Y осциллографа поданы напряжения, имеющие соот­ветственно однополярную пилообразную и синусоидальную форму с соот­ношением их периодов 2:3 и амплитуд 2:1, начальными фазами равными нулю. Постройте изображение, получившееся на экране осциллографа.

7. Изобразить в одинаковом масштабе кривые исследуемого синусоидального напряжения и напряжения периодической линейной развертки, если на экране осциллографа получена осциллограмма, имеющая вид положительного полупериода синусоиды с его зеркальным отображением. ЭЛТ во время обратного хода не запирается.

8. Построить изображение фигуры Лиссажу, получаемого на экра­не осциллографа, если на входы Y и X поданы симметричные треуголь­ные напряжения одинаковой амплитуды, частота сигнала f на входе X в 2 раза больше, чем на входе Y, а начальная фаза сдвинута на 90 градусов.

9. Изобразить форму напряжений, подаваемых на входы Y и X осциллографа, если на экране его получена фигура Лиссажу, представ­ляющая собой эллипс, большая ось которого наклонена под углом 45 градусов, а отношение ее длины к длине малой оси эллипса равно 2:1. Чему равна частота напряжения, подаваемого на вход X, если на вход Y поступает сигнал с частотой 1200 Гц?

Задача 3

Варианты примеров по теме 8 - "Измерение неэлектрических ве­личин и расчет основных характеристик датчиков".

0. Генераторный датчик неэлектрической величины подключен к нагрузочному сопротивлению R(H)=1 кОм, Определить приращение то­ка в цепи при изменении э.д.с, на 100 мВ, если R(BX)=0,6 кОм.

1. Емкостной датчик уровня включен параллельно конденсатору резонансного контура, имеющего параметры: C=1O мкФ и L=0,1 Гн. Контур подключен к сети переменного тока частотой 50 Гц. При ка­кой величине емкости датчика в цепи возникает резонанс на указан­ной частоте?

2. Чувствительный элемент пьезоэлектрического датчика давле­ния представляет собой пластику ширинок 10 мм и длиной 20 мм. Оп­ределить э.д.с, возникающую в результате воздействия силы 0,01 Н, если чувствительность датчика 0,05 В/Па.

3. Сопротивление реостатного датчика угла поворота при изме­нений угла от 0 до 180 градусов линейно меняется от 10 до 1 кОм. Построить статическую характеристику датчика, если в качестве индикатора взят вольтметр с внутренним сопротивлением 10 кОм, а напряжение питания Е=10 В.

4. Температурам 5, 10, 15, 20, 25 и 30 градусов соответству­ют следующие сопротивления платиновой нити: 100, 120, 150, 200, 270 и 400 Ом. Построить статическую характеристику и найти со­противление нити при 17, 23 и 28 градусах,

5. Найти зависимость полного сопротивления индуктивного дат­чика перемещения от индуктивности катушки, изменяющейся от О,1 до 1,1 мГн при передвижений сердечника на 10 мм. Активное со­противление катушки 10 Ом, частота переменного напряжения 50 Гц.

6. Статическая характеристика пьезоэлектрического датчика давления представляет собой квадратную параболу Е=k*P*P в диапазоне давлений 100-1000 Па, Найти чувствительность датчика при 200, 500 и 700 Па, взяв P=20 Па, если K=0,01 В/Па.

7. В качестве индикатора термоэлектрического датчике применя­ется магнитоэлектрический милливольтметр со шкалой, рассчитанной на 100 мВ и внутренним сопротивлением 1 кОм. Какое должно быть сопротивление шунта, чтобы при температуре 50 градусов стрелка отк­лонялась на всю шкалу, если чувствительность термобатареи датчика 20 мВ/дел?

8. Какое необходимо количество последовательно включенных тер­моэлектрических датчиков, чтобы ток в цепи индикатора был не менее 10 мА при температуре 20 градусов, если э.д.с. каждого датчика 1 В, внутреннее сопротивление 80 Ом? Сопротивление индикатора 100 Ом.

9. При измерении скорости вращения якоря индукционного тахоме­тра от 100 до 800 об/мин напряжение на его выходе изменяется линей­но, от 5 до 10 В. Какова чувствительность датчика и абсолютная по­грешность измерения, если абсолютная погрешность измерительного прибора 0,1 В?