 |
Раздел 4 Автоматизация измерений
|
|
|
|
Содержание программы
Общие сведения. Классификация средств измерений по уровню автоматизации: неавтоматические, автоматизированные, автоматические. Информационно- вычислительные комплексы.
Методические указания
Разработка новых устройств и систем с использованием современных технологий, усложнение их производства, широкое развитие научных исследований, а также повышение требований к точности измерений и их быстродействию привели к необходимости одновременно измерять и контролировать множество различных физических величин. Автоматизация процесса различных видов измерений даёт значительный выигрыш во времени и в большинстве случаев значительно повышает точность измерений.
В настоящее время всё большее распространение получают автоматизированные и автоматические средства измерений. Это связано с широким использованием в средствах измерений новейшей электронной, микропроцессорной и компьютерной техники. Все эти средства часто называют обобщённым термином “автоматизированные средства измерений”.
К автоматизированным средствам измерений относят автономные многофункциональные цифровые приборы на основе микропроцессоров и измерительные системы.
Литература
[2]с.332-355
[12] с.115-126
Контрольные вопросы
1Перечислите основные целиавтоматизации измерений.
2Дайте определение автоматизированным средствам измерений.
3 Поясните, по каким признакам классифицируют автоматизированные средства измерений.
4Перечислите области применения виртуальных измерительных систем.
3 ЗАДАНИЯ ДЛЯ ДОМАШНЕЙ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ
3.1 ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ДОМАШНЕЙ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ
|
|
|
Контрольная работа должна быть выполнена в соответствии с вариантом, который зависит от последней (последних двух) цифры, присвоенного шифра.
Таблица 1 – Варианты заданий
| Номер варианта | Номер вопроса | Номер задачи | |||||
Продолжение таблицы 1
Продолжение таблицы 1
|
|
|
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ ДОМАШНЕЙ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ
1Дайте определения: метрология, измерения. Приведите классификацию средств измерений.
2Приведите систему единиц измерения.
|
|
|
3Назовите и охарактеризуйте виды и методы измерений.
4Приведитеметрологические характеристики средств измерения.
5Приведитеклассификацию измерительных приборов по физическим явлениям.
6Приведитеклассификацию измерительных приборов по характеру и виду измеряемых величин.
7Приведитеклассификацию измерительных приборов по виду выдаваемой информации.
8Приведитеклассификацию измерительных приборов по схеме преобразования.
9Приведитеклассификацию измерительных приборов по способу выдачи измерительной информации.
10Приведитеклассификацию измерительных приборов по характеру установки на месте применения и степени защищенности.
11Приведитеклассификацию погрешностей измерений.
12Приведитеклассификациюпогрешностей средств измерений.
13 Охарактеризуйтеэталонные, образцовые и рабочие средства измерений.
14Опишите выполнение оценки погрешностей измерения по заданным метрологическим характеристикам средств измерения.
15Укажите общие положения обработки и представление результатов измерений.
16Приведите структурную схему, узлы и элементы аналоговых электромеханических приборов.
17Приведитеклассификацию электромеханических приборов. Укажите условные обозначения, наносимые на шкалы электромеханических приборов.
18Приведите классы точности приборов.
19Опишите конструкцию, принцип действия, назначение, достоинства и недостатки, область применения магнитоэлектрических приборов.
20Опишите конструкцию, принцип действия, назначение логометров, гальванометров.
21Опишите конструкцию, принцип действия, назначение приборов выпрямительной системы. Приведите схемы включения приборов.
22Опишите конструкцию, принцип действия, назначение, достоинства и недостатки, область применения электромагнитных приборов.
23Опишите конструкцию, принцип действия, назначение, достоинства и недостатки, область применения электростатических приборов.
24Опишите конструкцию, принцип действия, назначение, достоинства и недостатки, область применения индукционных приборов.
|
|
|
25Опишите конструкцию, принцип действия, назначение, достоинства и недостатки, область применения электродинамических приборов.
26Опишите конструкцию, принцип действия, назначение, достоинства и недостатки, область применения вибрационных приборов.
27Опишите конструкцию, принцип действия, назначение, принцип действия, область применения мостовых цепей.
28Укажите назначение, принцип действия одинарных мостовпостоянного тока.
29Укажите назначение, принцип действия двойных мостов постоянного тока.
30Укажите назначение, принцип действия четырехплечевых мостов переменного тока.
31Укажите назначение, принцип действия шестиплечевых мостов переменного тока.
32Укажите назначение, принцип действия трансформаторных мостов переменного тока.
33Укажите назначение, принцип действия одинарных Т-образных мостов переменного тока.
34Укажите назначение, принцип действия двойных Т-образных мостов переменного тока.
35Укажите назначение, принцип действия автоматических мостов.
36Укажите назначение, принцип действия полуавтоматических мостов.
37Укажите назначение, принцип действия, область применения компенсационных цепей.
38Приведите структурную схему и опишите принцип действия компенсатора постоянного тока.
39Приведите структурную схему и опишите принцип действия компенсатора переменного тока.
40Приведите структурную схему, основные углы, область применения электронных измерительных приборов.
41Приведите назначение, область применения, структурную схему, основные узлыэлектронных вольтметров.
42Укажите классификацию аналоговых электронных приборов прямого действия.
43Приведите структурную схему и опишите принцип действия универсальных вольтметров.
44Приведите структурную схему и опишите принцип действия микровольтметров, милливольтметров постоянного тока.
45Приведите структурную схему и опишите принцип действия импульсных вольтметров.
46Укажите назначение, структурную схему и принцип действия генератора гармонических сигналов.
47Укажите назначение, структурную схему и принцип действия низкочастотного генератора.
48Укажите назначение, структурную схему и принцип действия высокочастотного и сверхвысокочастотного генератора.
49Укажите назначение, структурную схему и принцип действия стандарта и синтезатора частоты.
50Укажите назначение, структурную схему и принцип действия генератора качающейся частоты.
51Укажите назначение, структурную схему и принцип действия генератора импульсов.
52Приведите параметры реального и идеального прямоугольного импульса.
53Укажите назначение, структурную схему и принцип действия генератора шумовых сигналов.
|
|
|
54Укажите назначение, структурную схему и принцип действия генератора сигналов специальной формы.
55Приведите назначение, классификацию и основные типы электронных осциллографов.
56Приведите структурную схему, основные узлы и описание работы электроннолучевого осциллографа.
57Опишите устройство и принцип работы электронно-лучевой трубки.
58Опишите принцип создания изображения на экране осциллографа.
59Укажите виды развёрток, применяемых в осциллографах.
60Укажите назначение, структурную схему и принцип действия скоростных и стробоскопических осциллографов.
61Укажите назначение, структурную схему и принцип действия запоминающих осциллографов.
62Укажите назначение, структурную схему и принцип действияанализаторов спектра частот.
63Укажите назначение, структурную схему и принцип действия регистрирующих приборов.
64Укажите назначение, структурную схему и принцип действия электронных омметров.
65Приведите назначение, принцип работы, область применения тераомметра, миллиомметра.
66Назовите приборы непосредственной оценки для измерения параметров элементов электрических цепей.
67 Укажитеприборы сравнения для измерения параметров элементов электрических цепей.
68Опишите принцип действия резонансных измерителей для измерения параметров элементов электрических цепей.
69Укажите назначение, структурную схему и принцип действия измерителя амплитудно-частотных характеристик.
70Укажите назначение, структурную схему и принцип действия измерителя амплитудных характеристик.
71Укажите назначение, структурную схему и принцип действияизмерителя коэффициента шума.
72Приведите конструкцию и принцип действия измерительных линий.
73Опишите принцип действия измерителей полных сопротивлений.
74Опишите принцип действия измерителей параметров четырехполюсников.
75Опишите принцип действия измерителей неоднородностей в линиях передачи.
76Приведите конструкцию и принцип действия импульсных рефлектометров.
77Приведите конструкцию и принцип действия коаксиальных измерительных линий.
78Приведите конструкцию и принцип действия волноводных измерительных линий.
79Укажите параметры полупроводниковых приборов и приборы для их измерения.
80Укажите параметры интегральных микросхем и приборы для их измерения.
81Приведите основные элементы цифровых приборов.
82Опишите процесс дискретизации измерительных величин во времени.
83Охарактеризуйте квантование измеряемых величин по уровню.
84Дайте определение: цифровое кодирование.
85Укажите структурную схему, принцип работы вольтметра времяимпульсного типа.
86Укажитеструктурную схему, принцип работы вольтметра кодоимпульсного типа.
87Укажитеструктурную схему, принцип работы вольтметра частотно-импульсного типа.
88Приведите назначение, схемы включения и область применения шунтов.
89Приведитеназначение, схемы включения и область применения добавочных резисторов.
90Приведитеметоды измерения переменных токов и напряжений промышленной частоты.
91Укажите принцип действия, схемы включения измерительных трансформаторов тока и напряжения.
92Охарактеризуйте особенность измерения импульсных напряжений.
93Охарактеризуйте особенность измерения малых, средних и больших сопротивлений.
94Приведите структурные схемы и принцип действия омметра и мегомметра.
95Охарактеризуйте измерение сопротивлений методом амперметра и вольтметра.
96Приведите конструкцию и принцип действия одинарного и двойного моста для измерения сопротивления.
97Опишите измерение сопротивления заземления.
98Опишите измерение сопротивлений изоляции.
99Укажите приборы и схемы измерения мощности в цепях постоянного тока.
100Укажите методы измерения активной мощности в однофазных и трехфазных цепях переменного тока.
101Укажите методы измерения реактивной мощности в однофазных и трёхфазных цепях переменного тока.
102Приведите конструкцию, схему включения в цепь однофазного индукционного счетчика.
103Опишите измерение активной и реактивной энергии в цепях трехфазного тока.
104Приведите схемы включения трехфазных счетчиков через измерительные трансформаторы.
105Опишите конструкцию и принцип действия электронных счетчиков.
106Приведите электромеханические приборы для измерения частоты.
107Опишите осциллографические методы измерения частоты, временных параметров и амплитуды сигнала.
108Приведите назначение, принцип действия и структурные схемы резонансного и гетеродинного цифровых частотомеров.
109Приведите назначение, принцип действия и структурную схему электронно-счетного цифрового частотомера.
110Приведите конструкцию и принцип действия электромеханических приборов для измерения коэффициентов мощности и угла сдвига фаз.
111Приведите конструкцию и принцип действия электронного фазометра.
112Укажите осциллографические методы измерения угла сдвига фаз.
113Поясните метод преобразования фазового сдвига во временной интервал с последующим измерением.
114 Опишитеизмерение емкости приборами непосредственной оценки.
115 Опишитеизмерение емкости мостом переменного тока.
116Приведите назначение, структурную схему и принцип действия куметра.
117Приведите назначение, структурную схему и принцип действия веберметра.
118Опишите измерение магнитной индукции и напряженности магнитного поля постоянного магнита с использованием эффекта Холла.
119Охарактеризуйте автоматизацию измерений.
120 Приведите и опишите принцип действия виртуальных приборов.
3.3 ЗАДАЧИ К ДОМАШНЕЙ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЕ
Задачи 1-10
По данным, приведенным в таблице 2 определить неизвестные параметры электроизмерительных приборов, отмеченные знаком вопроса.
Таблица 2
| Номер задачи | Наименованиеприбора | Число делений шкалы | Предел измерений | Цена деления | Чувствительность | Значение измеряемой величины | Показания прибора, дел. |
| Вольтметр | ? | 0,1 | ? | ? | |||
| Амперметр | ? | ? | ? | ||||
| Микро - амперметр | ? | 0,001 | ? | ? | 50,75 | ||
| Вольтметр | ? | ? | ? | 65,95 | |||
| Ваттметр | 150В; 5А | ? | ? | ? | |||
| Вольтметр | ? | 0,05 | ? | ? | |||
| Амперметр | ? | ? | ? | ||||
| Милли – амперметр | ? | 0,2 | ? | ? | |||
| Ваттметр | 75В; 2А | ? | ? | ? | |||
| Милли- вольтметр | ? | ? | ? |
Задачи 11-20
По данным, приведенным в таблице 3, определить неизвестные параметры электроизмерительных приборов, отмеченные знаком вопроса.
Таблица 3
| Номер задачи | Наименование прибора | Предел измерения | Ожидаемое значение | Класс точности | Абсолютная погрешность | Относительная погрешность |
| Вольтметр | 2,5 | ? | ? | |||
| Амперметр | 1,5 | ? | ? | |||
| Вольтметр | 1,5 | ? | ? | |||
| Милли – амперметр | 0,5 | ? | ? | |||
| Ваттметр | 150В; 2А | 0,5 | ? | ? | ||
| Милли – амперметр | 0,5 | 0,1 | ? | ? | ||
| Милли– вольтметр | ? | ? | ||||
| Микро– амперметр | ? | ? | ||||
| Амперметр | 2,5 | ? | ? | |||
| Ваттметр | 30В; 2А | ? | ? | 0,4 |
Задачи 21-30
Сохранился ли класс точности прибора, если при его поверке были получены результаты, приведенные в таблице 4.
Таблица 4
| Номер задачи | Наименование прибора | Класс точности прибора | Диапазон измерений | Показание | |
| поверяемого прибора | образцового прибора | ||||
| Вольтметр | 2,5 | от 0 до 1 | 0,2 0,6 1,0 | 0,24 0,58 1,03 | |
| Амперметр | 1,5 | от 0 до 6 | 1,0 3,0 6,0 | 0,98 2,95 6,04 | |
| Миллиамперметр | 0,5 | от 0 до 10 | 3,0 6,0 10,0 | 3,02 6,04 10,01 | |
| Ваттметр | 1,5 | от 0 до 30В от 0 до 2А | 10,0 30,0 60,0 | 9,8 29,4 59,0 | |
| Микроамперметр | 1,0 | от 0 до 300 | 100,0 200,0 300,0 | 100,5 202,0 301,0 | |
| Милливольтметр | 0,2 | от 0 до 50 | 10,0 30,0 50,0 | 10,05 30.06 49,98 | |
| Ваттметр | 2,5 | от 0 до 150В от 0 до 2А | 50,0 200,0 300,0 | 52,0 203,0 306,0 | |
| Амперметр | 4,0 | от 0 до 300 | 50,0 200,0 300,0 | 54,0 208,0 297,0 | |
| Вольтметр | 0,05 | от 0 до 250 | 50,0 150,0 250,0 | 50,02 150,05 250,08 | |
| Ваттметр | 4,0 | от 0 до 100В от 0 до 5А | 100,0 300,0 500,0 | 114,0 308,0 506,0 |
Задачи 31-40
Рассчитать значения сопротивления шунта для расширения пределов измерения по току, используя данные, приведенные в таблице 5.
Таблица 5
| Номер задачи | Наименование прибора | Предел измерения | Внутреннее сопротивление, Ом | Значение расширенного предела измерения |
| Миллиамперметр | 100мА250мА | |||
| Амперметр | 150А | |||
| Микроамперметр | 300мкА 1,5мА | |||
| Амперметр | 0,5 | 1,2 | 6А 10А | |
| Миллиамперметр | 50мА 300мА | |||
| Амперметр | 300А 600А | |||
| Миллиамперметр | 900мА 0,6А | |||
| Микроамперметр | 1мА 500мкА | |||
| Амперметр | 1,8 | 120А 50А | ||
| Микроамперметр | 1,0мА 500мкА |
Задачи 41-50
Рассчитать значения добавочного сопротивления для расширения пределов измерения по напряжения, используя данные, приведенные в таблице 6.
Таблица 6
| Номер задачи | Наименование прибора | Предел измерения | Внутреннее сопротивление, Ом | Значения расширенного предела измерения |
| Вольтметр | 300В 1,5кВ | |||
| Милливольтметр | 0,3В 150мВ | |||
| Микровольтметр | 1мВ 500мкВ |
Продолжение таблицы 6
| Вольтметр | 500В 1,5кВ | |||||||
| Милливольтметр | 0,3кВ 150В | |||||||
| Микровольтметр | 3мВ 600мкВ | |||||||
| Вольтметр | 100В 0,5кВ | |||||||
| Милливольтметр | 6В 900мВ | |||||||
| Микровольтметр | 3мВ 60мкВ | |||||||
| Милливольтметр | 1000мВ 5В |
Задачи51-60
По данным, приведенным в таблице 7, определить неизвестные параметры измерительных мостов.
Таблица 7
| Номер задачи | Схема измерительного моста | Значение сопротивлений резисторов | Значение емкостей конденсаторов и индуктивностей катушек индуктивности | Определить значения |
| R2=100 Ом R3=1,0 кОм R4=100Ом | С3 = 1 мкФ | Lx, Rx | |
| R2=300 Ом R3=1,5 кОм R4=100 Ом | С3 = 3 мкФ | Lx, Rx | ||
| R2=1 кОм R3=500 Ом R4=10 Ом | C4 = 0,1 мкФ | Rх, Сx | |
| R2=2 кОм R3=600 Ом R4=20 Ом | C4 = 0,5 мкФ | Rх, Сx | ||
| R2=1,5 кОм R3=400 Ом R4=40 Ом | С4 = 0,8 мкФ | Rх, Сx |
Продолжение таблицы 7
| R2=3 Ом R3=20 Ом R4=10 Ом | L2 = 100 мГн | Lx, Rx | |
| R2=50 Ом R3=60 Ом R4=30 Ом | L2 = 100 мГн | Lx, Rx | ||
| R2=100 Ом R3=2,0 кОм R4=524 Ом | Rx | ||
| R2=100 Ом R3=30 кОм R4=850 Ом | С3 = 1 мкФ | Lx, Rx | |
| R2=400 Ом R3=60 кОм R4=1,0 кОм | С3 = 2 мкФ | Lx, Rx |
Задачи 61-70
Определить относительные погрешности измерения сопротивления методом амперметра и вольтметра по схемам, изображенным на рисунке 1 и по данным, приведенным в таблице 8.
Таблица 8
| Номер задачи | Внутреннее сопротивление вольтметра, кОм | Внутреннее сопротивление амперметра, Ом | Сопротивление резистора, Ом |
| 0,01 | |||
| 0,02 | |||
| 0,05 | |||
| 0,04 | |||
| 0,08 | |||
| 0,06 | |||
| 0,02 | |||
| 0,05 | |||
| 0,03 | |||
| 0,02 |
Рисунок 1
Задачи 71-75
При поверке счетчика постоянного тока поддерживались неизменными: напряжение и ток. В течение трех интервалов времени были измерены числа оборотов счетчика. По данным, приведенным в таблице 9, определить постоянную счетчика.
Таблица 9
| Номер задачи | Напряжение, В | Ток, А | Число оборотов счетчика | Длительность интервалов времени, мин. |
| 175, 176, 174 | ||||
| 57, 58, 56 | ||||
| 144, 145, 143 | ||||
| 46, 45, 44 | ||||
| 80, 79, 81 |
Задачи 76-82
По данным, приведенным в таблице 10, определить неизвестные параметры (отмеченные знаком вопроса) исследуемого сигнала, полученным на экране осциллографа.
Таблица 10
| Номер задачи | Осциллограмма | f0, Гц | fх, Гц | Dj, град. | А, дел | В, дел | ав, мм | ас, мм |
| ? | __ | __ | __ | __ | __ | |||
| ? | __ | __ | __ | __ | __ | |||
| ? | __ | __ | __ | __ | __ | |||
| __ | __ | ? | __ | __ | |||
| __ | __ | ? | __ | __ | ||||
| __ | __ | ? | __ | __ | |||
| __ | __ | ? | __ | __ |
Задачи 83-90
По данным, приведенным в таблице 11, определить неизвестные параметры (отмеченные знаком вопроса) синусоидального сигнала, полученного на экране осциллографа, рисунок 2.
Таблица 11
| Номер задачи | Положения ручек осциллографа | Амплитуда сигнала, А | Период сигнала, Т | Частота сигнала, f | ||
| Коэффициент отклонения, Су | Развертка | |||||
| длительность, Др | множитель, Мр | |||||
| 2 мВ/дел | 0,2 мс/дел | ? | ? | ? | ||
| 0,5 В/дел | 5 мкс/дел | 0,2 | ? | ? | ? | |
| 1 В/дел | 10 мкс/дел | ? | ? | ? | ||
| 0,2 мВ/дел | 2 мс/дел | 0,2 | ? | ? | ? | |
| 5 мВ/дел | 0,5 мс/дел | ? | ? | ? | ||
| 2 В/дел | 1 мс/дел | 0,2 | ? | ? | ? | |
| 0,5 В/дел | 5 мкс/дел | ? | ? | ? | ||
| 5 В/дел | 0,2 мс/дел | 0,2 | ? | ? | ? |
Рисунок 2
Задачи 91-95
По данным, приведенным в таблице 12, определить неизвестные параметры (отмеченные знаком вопроса) прямоугольного импульса, полученного на экране осциллографа, рисунок 3.
Таблица 12
| Номер задачи | Положения ручек осциллографа | Амплитуда, А | Период, Т | Длительность | Скважность,Θ | ||||
| Коэффициент отклонения, Су | Развертка | импульса, τимп | Фронта, τфр | Среза, τср | |||||
| Длительность, Др | Множитель, Мр | ||||||||
| 0,1 В/дел | 5 мс/дел | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ||
| 0,2 В/дел | 10 мкс/дел | 0,2 | ? | ? | ? | ? | ? | ? | |
| 0,5 В/дел | 0,2 мс/дел | 0,2 | ? | ? | ? | ? | ? | ? | |
| 2 мВ/дел | 50 мкс/дел | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ||
| 5 мВ/дел | 2 мс/дел | 0,2 | ? | ? | ? | ? | ? | ? |
Рисунок 3
Задачи 96-100
По данным, приведенным в таблице 12, рассчитать мощность, наибольшую возможную абсолютную и относительную погрешности при ее измерении.
Таблица 12
| Номер задачи | Наименование, класс точности, предел измерения, показание прибора | |||||
| Вольтметр | Амперметр | |||||
| Класс точности | Предел измерения | Действительное значение | Класс точности | Предел измерения | Действительное значение | |
| 1,5 | 2,5 | |||||
| 2,5 | 0,5 | 1,5 | ||||
| 4,0 | 2,5 | 4,4 | ||||
| 0,5 | 1,5 | 8,0 | ||||
| 0,2 | 4,0 |
|
|
|
