Порядок выполнения контрольной работы

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Брянский государственный технический университет

УТВЕРЖДАЮ

Ректор университета

____________ О.Н. Федонин

«____» _________ 2016 г.

СОВРЕМЕННАЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА

Методические указания к выполнению

контрольнойработы для студентов заочной формы обучения, направление подготовки 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника», квалификация «бакалавр»

БРЯНСК 2016

УДК: 621.34

Современная измерительная техника: [Текст] + [Электронный ресурс]: методические указания к выполнению контрольнойработы для студентов заочной формы обучения по направлению подготовки 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника», профиль «Электрооборудование и электрохозяйство предприятий, организаций, учреждений», квалификация «бакалавр» – Брянск: БГТУ, 2016. –24 с.

Разработал: В.А. Хвостов,

кандидат технических наук, доцент

Рекомендовано кафедрой «Промышленная электроника и электротехника» БГТУ (протокол № 1 от 31.08.2016).

Методические указания публикуются в авторской редакции

Темплан 2016 г.

Подписано в печать Формат 60х84 1/16. Бумага офсетная. Офсетная печать. Усл. печ.л. 1,1. Уч.-изд.л. 1,1. Тираж 1 экз. Бесплатно

Брянский государственный технический университет

Кафедра «Промышленная электроника и электротехника»

241035, Брянск, бульвар 50 лет Октября, 7, БГТУ, тел. 58-82-32

предисловие

Предлагаемыеметодические указания к контрольнойработе по дисциплине“Современная измерительная техника” предназначены для студентов заочной формы обучения по направлению подготовки 13.03.02 - «Электроэнергетика и электротехника», квалификация «бакалавр».

Выполнению контрольной работы должна предшествовать домашняя подготовка, заключающаяся в проработке теоретического материала по соответствующим разделам рекомендуемой литературы и конспекта обзорных лекций. После выполнения контрольной работы каждый студент оформляет отчет в соответствии с требованиями, изложенными в методических указаниях.

ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЕТУ

Отчет по работе должен содержать:

1. Название контрольной работы, фамилию, инициалы и шифр группы студента.

2. Краткое содержание рабочего задания.

3. Решение расчетных заданий с комментариями.

4. Реферативную часть по заданным темам.

5. Список литературы, использованной при выполнении работы.

Контрольная РАБОТА

Цель работы

1. Изучение методики расчета показаний приборов при прямых и косвенных измерениях, а также погрешностей этих показаний.

2. Изучение принципов построения современных приборов, предназначенных для измерения параметров и характеристик различных узлов и систем, относящихся к техническим средствам в области электроники и электротехники.

Порядок выполнения контрольной работы

1. Внимательно изучить краткий конспект лекций, содержащийся в настоящих методических указаниях

2. Если в результате изучения конспекта появились вопросы, следует обратиться к рекомендованной литературе по курсу "Современная измерительная техника" и к источникам в сети Internet.

3. Выполнить расчетных задания и оформить их с комментариями по каждому пункту расчета. Вариант задания выбирается по последним цифрам в зачетной книжке.

4. Подробно изучить материал по темам реферативного задания, использую все имеющиеся возможности (литературные источники, статьи в сети Internet, рекламные материалы фирм-производителей).

5. Оформить реферативную часть контрольной работы, обязательно сопроводив ее ссылками на источники информации.

Расчетное задание №1

1. Определить класс точности амперметра с пределом измерения 10 А, если точкам шкалы 2, 4, 6.8,10 А соответствует значения токов 2,041; 3,973; 6,015; 8,026; 9,976 А

2. При пятикратном измерении одного и того же напряжения с помощью вольтметра были получены следующие результаты: 6,35; 6,4; 6,3 6,45; 6,25 В. Считая среднее арифметическое значение измеренного напряжения действительным его значением, определить границы абсолютной и относительной погрешности.

3. После ремонта амперметра с классом точности 1.5 и пределом 5А произвели проверку его основной приведенной погрешности. Наибольшая абсолютная погрешность прибора составляла 30 мА. Сохранил ли амперметр свой класс точности после ремонта?

4. Класс точности вольтметра 1,5 предел измерения прибора составляет 250 В. Какую максимальную погрешность может дать данный прибор.

5. При измерении тока амперметром получили следующие значения тока: 3.; 3,8; 4,5; 6; при фактическом значении тока 2,9; 3,95; 4,4; 6,1. Определить класс точности амперметра если его предел 10 А.

6. Основная приведенная погрешность амперметра, рассчитанного на ток 10 А, составляет 2,5. Определить возможную абсолютную погрешность измерения при номинальном токе.

7. Класс точности вольтметра 2,5 предел шкалы 250 В. определить возможную максимальную погрешность данного вольтметра.

8. При определении класса точности ваттметра, рассчитанного на 750 Вт, получили следующие данные: при фактической мощности 50 Вт, ваттметр показал 47 Вт, при 100 Вт - 115 Вт, при 200 Вт – 204 Вт при 400 Вт - 413 Вт, а при 750 Вт - 728 Вт. Каков класс точности ваттметра.

9. Определить основную приведенную погрешность прибора измеряющего ток до 5 А, если при фактическом токе 1,5 А он показал 2 А. К какому классу относится прибор?

10. При проверке электроизмерительных приборов установлено, что основные приведенные погрешности их были равны 0,45; 1,2; и 1,8 %. Какой класс точности имеет каждый из приборов? Чему может быть равна их наибольшая абсолютная погрешность при пределе измерения 100 В?

Методические указания. По способу выражения в измерительных приборах различают абсолютную, относительную и приведённую погрешности.

Абсолютная погрешность прибора

Δ=Х_п–Х.

Здесь Х_п - показание прибора, Х - истинное значение измеряемой величины.

Относительная погрешность определяется как

Поскольку часто истинное значение неизвестно, то часто используют более удобную запись:

Приведённая погрешность - есть выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности Δ к нормирующему значению L

Для приборов с нулевой отметкой на краю или вне шкалы нормирующее значение L равно конечному значению диапазона измерений Х_к. Если нулевая отметка находится посредине шкалы, то L равно арифметической сумме конечных значений шкалы без учёта знака.

У реальных приборов зависимость абсолютной погрешности от измеряемой величины Х может быть представлена некоторой полосой неопределённости. Эта полоса обусловлена случайной погрешностью и изменением характеристик приборов в результате действия влияющих величин и процессов старения.

Поэтому значение абсолютной погрешности, ограничивают двумя прямыми, симметричными относительно оси абсцисс, расстояние между которыми увеличивается с ростом измеряемой величины Х.

Рис.1

Уравнение прямой 1 можно записать в виде:

где а – предельное значение аддитивной погрешности, bX – предельное значение мультипликативной погрешности.

Абсолютные значения аддитивной погрешности не зависят от измеряемой величины Х, а мультипликативные прямо пропорциональны величине Х.

Источники аддитивной погрешности - это трение в опорах, неточность отсчёта, шум, наводки, вибрации. От этой погрешности зависит наименьшее значение величины, которое может быть измерено прибором. Причины мультипликативной погрешности - влияние внешних факторов и старение элементов, узлов приборов.

Предельное значение относительной погрешности прибора δ_макс, связано с предельным значением абсолютной погрешности зависимостью:

Согласно ГОСТ в соответствии со значением приведённой погрешности средствам измерений присваиваются классы точности.

Класс точности – это обобщённая характеристика прибора, определяемая пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей.

У приборов, аддитивная погрешность которых резко преобладает над мультипликативной, все значения погрешностей оказываются в пределах двух прямых параллельных оси Х (прямые 2 на рис.1).

В результате допускаемая абсолютная и приведённые погрешности прибора оказываются постоянными в любой точке его шкалы. У таких приборов класс точности равен максимальному значению приведенной погрешности, выраженной в процентах и округленной до ближайшего большего значения из ряда чисел: 1·10ⁿ; 1,5·10ⁿ; 2·10ⁿ; 2,5·10ⁿ; 4·10ⁿ; 5·10ⁿ; 6·10ⁿ, где n = 1,0,-1,-2. Например, классы точности на амперметры и вольтметры, установленные ГОСТ 8711-78: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0 и 5,0.

У приборов, класс точности которых выражается одним числом, основная приведённая погрешность, выраженная в %, не превышает значения, соответствующего класса точности.

Класс точности приборов, у которых аддитивная и мультипликативная составляющие основной погрешности соизмеримы, обозначается в виде двух чисел разделённых косой чертой, например 0,1/0,05. К приборам, класс точности которых выражается дробью относятся цифровые приборы, мосты сравнения и т.д.

Расчетное задание № 2

Электронно-лучевой осциллограф имеет следующие положения переключателя коэффициентов развёртки K_р «мкс/дел.», определяющего масштаб по горизонтали:

K_р = (1; 2; 5; 10; 20; 50)·10^–6 с; (0,1; 0,2; 0,5; 1; 2; 5; 10; 20; 50)·10^–3 с и (0,1; 0,2; 0,5) с.ние погрешность амперметр осциЭкран осциллографа по горизонтали имеет d = 10 делений.

1. Выбрать положение переключателя коэффициента развёртки «мкс/дел.», при котором на экране будут получены N периодов исследуемого периодического сигнала с частотой F.

Форма сигнала, частота F сигнала и число периодов N указаны в табл.1, где форма сигнала: С – синусоидальная, М – меандр, П – пилообразная, О – однополярные прямоугольные импульсы со скважностью 3.

2. Нарисовать осциллограмму, которая получится на экране осциллографа в режиме линейной непрерывной развёртки с учётом выбранного положения переключателя K_р, считая, что время обратного хода напряжения развёртки составляет k% от периода развёртки (рассмотреть, что будет получаться в каждом из нескольких последовательных периодов развёртки).

3. Указать, как получится устойчивое изображение на экране осциллографа.

Методические указания. Следует изобразить временной график исследуемого сигнала в координатах u = f₁(t), указав масштаб по оси времени. Период исследуемого сигнала определяется по формуле:

Т = 1/F, мкс.

Таблица 1

Требуемый коэффициент развёртки определяется по формуле:

K_р.треб ≥ N T/d, мкс/дел.

Следует выбрать из имеющихся значений коэффициент развёртки, удовлетворяющий этому требованию.

Далее необходимо уточнить длительность прямого хода Т_пр напряжения линейной непрерывной развёртки:

Т_пр = K_р d.

Эту величину следует отложить по оси времени на временном графике напряжения линейной непрерывной развёртки u_x = f₂(t), который помещается ниже графика u = f₁(t).

Поскольку реальное напряжение линейной непрерывной развёртки имеет длительность Т_обр обратного хода, то период развёртки имеет две составляющие:

Т_обр можно определить, решив систему уравнений:

Полученное значение Т_обр следует отложить по оси времени графика u_x = f₂(t), после чего изобразить на этом графике второй период развёртки.

Та часть исследуемого сигнала, которая приходится на время прямого хода напряжения развёртки, будет видна на экране осциллографа. На время Т_обр трубка закрывается, и эта часть исследуемого сигнала не видна. Таким образом, изображение на экране осциллографа будет представлять несколько отрезков сигналов синусоидальной формы, наложенных друг на друга.

Устойчивое изображение на экране осциллографа получится только при соблюдении условия:

Т_х = mТ,

где m – целое число.

Расчетное задание № 3

Определить число импульсов n, прошедших на счетчик за цикл измерения напряжения электронным цифровым вольтметров, если коэффициент нарастания компенсирующего напряжения к =5·10³ В/с. значение частоты опорных импульсов f и величина измеряемого напряжения U приведены в табл. 2.

Приведите структурную схему цифрового вольтметра с время - импульсным кодированием и временные диаграммы, поясняющие его работу.

Опишите принцип действия прибора.

Таблица 2

Вариант
U, В		0,5	0,75	0,2	9,3	0,25			1,1
f, Гц	10⁴	10⁶	10⁵	5·10⁶	5·10⁴	5·10⁵	2·10⁵	10⁴	10⁵	3·10⁴

Методические указания. В целом ряде современных цифровых приборов в качестве основных принципов работы используется преобразование измеряемого параметра во временной интервал и в дальнейшем точное измерение этого интервала. В цифровых вольтметрах преобразование напряжения во временной интервал происходит на основе сравнения измеряемого напряжения с пилообразным равномерно нарастающим напряжением. При этом соотношение между напряжением и временем определяется коэффициентом пропорциональности между интервалом и напряжением к.

Упрощенная структурная схема цифрового измерителя временных интервалов имеет вид, представленный на рис.2:

Рис.2

Первый элемент этой схемы является триггером Т, с помощью которого по сигналу S временной селектор пропускает импульсы с генератора на счетчик, а по сигналу R прерывает поток этих импульсов. В нашем случае селектор запускается одновременно с генерацией линейно нарастающего напряжения, а закрывается при его совпадении с измеряемым напряжением.

Рассмотрим эпюры напряжений на входах и выходе временного селектора (рис.3). Число импульсов, попавших внутрь временного строба определяется по формуле

где квадратные скобки означают выделение целой части числа.

Рис.3.

Дробная часть временного интервала не превышает величины младшего разряда и определяется выражением

где фигурные скобки означают выделение дробной части числа, заключенного в них, например:

Темы рефератов

1. Измерение временных интервалов. Цифровое измерение временных интервалов. Структурная схема цифрового измерителя временных интервалов

2. Измерение частоты сигналов. Классификация методов измерения частоты. Осциллографические методы. Метод нулевых биений. Метод заряда-разряда емкости. Резонансный метод. Метод дискретного счета.

3. Измерение напряжений. Значения измеряемых напряжений: амплитудное, среднее, среднеквадратическое, средневыпрямленное значения. Цифровые вольтметры с временным и частотным преобразованием. Цифровые вольтметры уравновешивающего преобразования. Интегрирующие цифровые вольтметры.

4. Измерение фазового сдвига. Классификация методов измерения фазового сдвига. Цифровые фазометры. Фазометры с преобразованием частоты.

5. Электронно-лучевые осциллографы. Обобщенная структурная схема осциллографа. Виды разверток. Параметры развертывающих напряжений.

6. Измерение спектров и нелинейных искажений. Методы измерения спектров. Параллельный и последовательный анализ. Структурные схемы анализаторов. Измерение нелинейных искажений. Структурная схема измерителя нелинейных искажений.

7. Измерение мощности. Измерение мощности на промышленных частотах. Электродинамические ваттметры. Измерение мощности на звуковых и высоких частотах.

8. Измерение параметров цепей. Метод вольтметра и амперметра. Резонансный метод измерения индуктивности. Мостовые методы измерения индуктивности, емкости, сопротивления.

9. Электромеханические преобразователи. Общие сведения об электромеханических преобразователях. Магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические и электростатические измерительные преобразователи. Расширение пределов измерения тока и напряжения.

10. Измерительные генераторы. Генераторы низких частот. Генераторы высоких частот. Генераторы шума. Генераторы сигналов. Синтезаторы частоты.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Метрология и радиоизмерения / В.И. Нефёдов, В.И. Хахин, В.К. Битюков и др.; под ред. профессора В.И.Нефёдова. – М.: Высшая школа, 2006. – 526 с.

2. Дворяшин, Б.В. Метрология и радиоизмерения: учебное пособие / Б.В. Дворяшин. – М.: Академия, 2005. – 526 с.

3. Нефедов, В.И., Метрология и электрорадиоизмерения в телекоммуникационных системах / В.К. Битюков В.К. и др; под ред. В.И. Нефедова и А.С. Сигова. Изд. третье. - М.: Высшая школа, 2005. – 313 с.