Расчетно-графическая работа
По дисциплине «Методы и средства измерения»
Руководитель курсовой работы: Выполнил курсовую работу:
Бурченков Г.К._________________ Студент ФАКС группа ВА-81
(ФИО, подпись)
Оценка________________________ Ерко Е.А.________________
Зачетная книжка № ВА8108
Киев – 2010
Содержание:
Задачи к расчетно-графической работе………………………….……..…3
Раздел 1. Решение задач
1.1 Задача №1………………………………………………….…………..…..5
1.2 Задача №13………………………………………………….………….….7
1.3 Задача №28…………………...………………………………….…..……11
Раздел 2. Теоретические положения
2.1 Вопрос №50. Меры емкости……………………………………...…...15
2.2 Вопрос №54 Преобразователи средневыпрямленных, среднеквадратических и амплитудныхзначений………………….……..17
2.3 Вопрос №70. Мосты для измерениячастоты..………………...…….22
Рисунок 1.1 – Схема измерения напряжения.………………………...….5
Рисунок 1.2 – Схема с шунтирующим сопротивлением 
….………….7
Рисунок 1.3 – Схема с добавочным сопротивлением 
………………..9
Рисунок 1.4 – Объединенная схема прибора для измерения тока и напряжения ……………………………………………………..………….…..10
Рисунок 1.5 – Схема измерения коэффициента мощности (
)
нагрузки …………………………………………………....…………..……...12
Рисунок 1.6 – Векторная диаграмма ……………….…………...………..12
Рисунок 2.1 – Схемы амплитудных детекторов с открытым (а) и
закрытым (б) входами ……………………….……….……………….…….18
Рисунок 2.2 – Схемы преобразователей средневыпрямленных
значений…..………………………….…………….………….….………..….20
Рисунок 2.3 – Схемы одинарного(а) и двойного(б)
Т-образного (шестиплечего)моста...………………….……...….……….22
Список использованной литературы……..….…………………………….24
Задание к расчетно-графическую работе
1. Задачи:
Задача № 1. Вольтметром измерено напряжение на сопротивлении 
, результат измерения 
. Сопротивление источника – 
.
Технические характеристики вольтметра:
· Класс точности 
;
· Внутреннее сопротивление 
;
· Предел измерения 
.
Составить схему измерения.
Вывести выражение и определить относительную погрешность взаимодействия.
Определить исправленный результат измерения.
Определить стандартную неопределенность результата.
Задача № 13. Шкала миллиамперметра магнитоэлектрической системы с сопротивлением 
разбита на 150 дел, постоянная прибора 
, класс точности прибора 0,5.
Определить:
· сопротивление шунта миллиамперметра, если этим прибором необходимо измерить максимальный ток 
;
· значение добавочного сопротивления, если необходимо измерять максимальное напряжение 
.
Установить погрешность изготовления шунта и добавочного сопротивления с учетом класса точности прибора.
Нарисуйте объединенную схему прибора для измерения тока и напряжения.
Задача № 28. Для измерения коэффициента мощности () нагрузки применен метод трех вольтметров. При измерении используется мера сопротивления 
класса 0,1. Частота генератора питания равна 
.
Показания приборов:
· Вольтметр 
, измеряющий напряжение генератора, показывает 
;
· Вольтметр 
, включенный параллельно нагрузке, показывает 
;
· Вольтметр 
, включенный параллельно мере сопротивления, показывает 
.
Технические характеристики вольтметров:
· Пределы измерения 
;
· Классы точности 0.4/0.05.
Задание.
· Составить схему измерения;
· Составить векторную диаграмму;
· Определить значение коэффициента мощности;
2. Теоретические вопросы:
50. Меры емкости.
54. Преобразователи средневыпрямленных, среднеквадратических и амплитудных значений.
70. Мосты для измерения частоты.
Раздел № 1
Решение задач
Задача № 1
Условие задачи
Вольтметром измерено напряжение на сопротивлении , результат измерения . Сопротивление источника – .
Технические характеристики вольтметра:
· Класс точности ;
· Внутреннее сопротивление ;
· Предел измерения .
Составить схему измерения.
Вывести выражение и определить относительную погрешность взаимодействия.
Определить исправленный результат измерения.
Определить стандартную неопределенность результата.
Решение задачи
Схема измерения изображена на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1 – Схема измерения напряжения
Запишем выражение для определения напряжения на резисторе 
с учетом внутреннего сопротивления вольтметра:
Запишем выражение для определения напряжения на резисторе без подключения вольтметра: 
Погрешность взаимодействия будет равна:
Абсолютная погрешность вольтметра:
.
Абсолютная погрешность взаимодействия вольтметра:
.
Запишем результат с учетом поправки a, где 
:
Стандартная неопределенность результата равна:
.
Ответ:
Задача №13
Условие задачи
Шкала миллиамперметра магнитоэлектрической системы с сопротивлением разбита на 150 дел, постоянная прибора , класс точности прибора 0,5.
Определить:
· сопротивление шунта миллиамперметра, если этим прибором необходимо измерить максимальный ток ;
· значение добавочного сопротивления, если необходимо измерять максимальное напряжение .
Установить погрешность изготовления шунта и добавочного сопротивления с учетом класса точности прибора.
Нарисуйте объединенную схему прибора для измерения тока и напряжения.
Решение задачи
Сначала рассмотрим схему с шунтирующим сопротивлением :
Схема с шунтирующим сопротивлением изображена
на рисунке 1.2.:
Рисунок 1.2 – Схема с шунтирующим сопротивлением
Если необходимо измерить ток 
в измерительном механизме меньше в 
раз измеряемого тока 
, сопротивление шунта
где 
сопротивление измерительного механизма. Поскольку измерительным механизмом в данном случае является амперметр, то 
;
коэффициент шунтирования.
Тогда рассчитаем :
где 
цена деления шкалы амперметра;
количество делений, на которые разбита шкала.
Рассчитаем погрешность изготовления шунтирующего сопротивления:
Погрешность изготовления добавочного сопротивления выберем меньше класса точности в 5 раз, чтобы ею можно было пренебречь. Поэтому
;
=0.012 ·1·10-3 = 0.012 ·10-3 Ом,
где 
- погрешность изготовления добавочного сопротивления.
Схема с добавочным сопротивлением изображена
на рисунке 1.3.:
Рисунок 1.3 – Схема с добавочным сопротивлением
Если напряжение постоянного тока, необходимое для полного отклонения подвижной части измерительного механизма равно 
, а измерительный механизм должен быть включен на напряжение 
, то величина добавочного сопротивления
где сопротивление измерительного механизма. Поскольку измерительным механизмом в данном случае является вольтметр, то 
;
Но нам не задано 
и 
:
Принимаем равным 
.
Запишем 
соотношение, из которого мы найдем коэффициент 
:
,
где 
сопротивление амперметра для случая с шунтом;
максимальный ток, который может измерять амперметр без шунта.
Тогда 
Погрешность изготовления добавочного сопротивления
Погрешность изготовления добавочного сопротивления выберем меньше класса точности в 5 раз, чтобы ею можно было пренебречь.
Поэтому 
;
=4998 ·1·10-3 = 5 Ом,
где 
- погрешность изготовления добавочного сопротивления.
Объединенная схема прибора для измерения тока и напряжения изображена на рисунке 1.4.:
Рисунок 1.4 – Объединенная схема прибора для измерения тока и напряжения
Ответ: 
Задача №28
Условие задачи
Для измерения коэффициента мощности () нагрузки применен метод трех вольтметров. При измерении используется мера сопротивления класса 0,1. Частота генератора питания равна .
Показания приборов:
· Вольтметр , измеряющий напряжение генератора, показывает ;
· Вольтметр , включенный параллельно нагрузке, показывает ;
· Вольтметр , включенный параллельно мере сопротивления, показывает .
Технические характеристики вольтметров:
· Пределы измерения ;
· Классы точности 0.4/0.05.
Задание.
· Составить схему измерения;
· Составить векторную диаграмму;
· Определить значение коэффициента мощности;
Рассчитать стандартную неопределенность результата измерения.
Решение задачи
Схема измерения представлена на рисунке 1.5.
Рисунок 1.5 – Схема измерения коэффициента мощности () нагрузки
Векторная диаграмма представлена на рисунке 1.6.
Рисунок 1.6 – Векторная диаграмма
На рисунке 3.1 обозначено:
─ сопротивление нагрузки;
─ измерительная катушка, безреактивная мера электрического сопротивления;
─ сила тока;
─ показания вольтметров.
Направления вектора падения напряжения 
на сопротивлении и вектора тока совпадают. Для треугольника напряжений применим теорему косинусов
.
Учитывая, что
Коэффициент мощности можно определить по формуле
.
Вычисляем коэффициент мощности:
Стандартная неопределенность вычисляется по формуле:
где
а абсолютные погрешности
Стандартная неопределенность равна:
Ответ: 
Раздел № 2
Теоретические вопросы
Вопрос №50. Меры емкости
Мерами называют средства измерений, предназначенные для воспроизведения физической величины заданного размера. Различают однозначные меры, многозначные меры и наборы мер.
Образцовыми мерами являются меры, служащие для поверки по ним других средств измерений и утвержденные в качестве образцовых.
Образцовые меры емкостей должны обладать постоянством емкости и малым температурным коэффициентом, весьма малыми потерями энергии в диэлектрике, независимостью емкости от частоты и формы кривой тока и высокими сопротивлением и прочностью изоляции. Этим требованиям в наибольшей мере отвечают конденсаторы, у которых диэлектриком служит воздух или какой-либо газ. Однако воздушные конденсаторы имеют большие размеры и практически применяются лишь в тех случаях, когда требуется значение емкости не более 11 000 пФ. Конденсаторы с воздушным Диэлектриком выпускаются на различные номиналы в пределах от 50 до 4000 пФ.
В конденсаторах переменной емкости имеется система обкладок в виде ряда неподвижных, закрепленных плоских металлических полупроводников, в промежутках между которыми можно поворачивать вторую систему полупроводников, укрепленных на общей оси, снабженной рукояткой. Емкость такого конденсатора изменяется в зависимости от того, насколько подвижные диски выдвинуты в промежутки между неподвижными. Максимальная емкость таких конденсаторов обычно не превышает 1100 пФ. Точность их подгонки колеблется от 0,01 до 0,1%. Тангенс угла потерь не превышает 10-4, температурный коэффициент порядка 10-2 град-1. Образцовые воздушные конденсаторы, предназначенные в основном для градуировки и поверки рабочих конденсаторов и измерительных приборов, выпускаются на различные номинальные значения емкости и могут соединяться параллельно. Для параллельного соединения конденсаторов их располагают один над другим. При этом штепселя сверху находящегося конденсатора входят в гнезда конденсатора, расположенного под ним.
Одиночные конденсаторы с газовым диэлектриком применяют для измерений в цепях высокого напряжения. В качестве заполняющего газа обычно применяют углекислый газ или азот (иногда применяют фреон и элегаз, отличающиеся повышенной пробивной прочностью) под давлением примерно 106 Па. При таких Давлениях пробивная прочность газа велика. Это позволяет создавать конденсаторы малых размеров для работы при высоких напряжениях (десятки и сотни киловольт).
Кроме воздушных конденсаторов, применяемых как меры малых значений емкости, в качестве образцовых и рабочих мер емкости больших значений часто применяются слюдяные конденсаторы. Тангенс угла потерь слюдяных конденсаторов примерно 10-4 , температурный коэффициент емкости примерно 5·10-5 К-1 . Слюдяные конденсаторы выпускаются в виде отдельных мер с постоянным значением емкости или в виде магазинов емкостей. Магазины емкостей применяются двух типов: штепсельные и рычажные. Штепсельные магазины делаются для ступенчатого изменения больших емкостей - от одной до сотен микрофарад. Рычажные магазины чаще всего делаются четырехдекадными с суммарной емкостью дo 1,11 мкФ; три декады емкости - со ступенчатым включением, функцию четвертой декады выполняет воздушный конденсатор переменной емкости. Для комплектования декад применяют разномерные по значению емкости конденсаторы числом 4 с кратностями емкости 1, 2, 3, 4 или 1,2; 2,5 или 1, 2, 3, 6, а также конденсаторы равной емкости. Преимущество декад с конденсаторами одинаковой емкости заключается в меньших скачках значений емкости при коммутации, однако стоимость таких декад больше, чем декад с разномерными конденсаторами.
Вопрос №54. Преобразователи средневыпрямленных, среднеквадратических и амплитудных значений
Переменные во времени электрические сигналы характеризуются средним, средневыпрямленным, среднеквадратическим и пиковым значениями. В соответствии с этим и различают измерительные преобразователи.
