Загальні відомості про засоби вимірювань

Класифікація засобів вимірювань. Система позначень. Узагальнені структурні схеми засобів вимірювань, схеми прямого і зрівноваженого пе­ретворення, рівняння вимірювального перетворення. Аналогові і цифрові засоби вимірювання. Фактори, які обмежують точність засобів вимірю­вань. Нормування і метрологічне забезпечення засобів вимірювань. Повір­кові схеми.

Методичні вказівки

При вивченні даної теми необхідно усвідомити класифікацію засобів вимірювань. Розрізняють такі види засобів вимірювань: міри, вимірюваль­ні прилади, вимірювальні перетворювачі, вимірювальні установки, вимі­рювально-обчислювальні комплекси та інформаційно-вимірювальні систе­ми. Необхідно усвідомити принципи побудови засобів вимірювань прямо­го і зрівноваженого перетворення та джерела їх похибок, а також знати способи нормування метрологічних характеристик засобів вимірювань і методику їх перевірки.

Література: [1, С.46-59; 2, С.11-30; 3, С.41-66].

Контрольні запитання

1. Наведіть класифікацію засобів вимірювань.

2. Наведіть структурні схеми засобів вимірювань прямого і зрівно­важеного перетворення та вкажіть джерела їх похибок.

3. Дайте визначення класу точності засобу вимірювання.

4. Наведіть схему перевірки для метрологічного забезпечення засо­бів вимірювань.

Вимірювальні перетворювачі

Електромеханічні вимірювальні перетворювачі: магнітоелектричні, електромагнітні, електродинамічні і електростатичні. Принцип дії. Рівнян­ня перетворення. Область використання. Джерела похибок.

Перетворювачі змінної напруги в постійну. Випрямні перетворювачі. Детектори пікового, середньовипрямленого і середньоквадратичного зна­чень. Фазочутливі і синхронні детектори. Термоелектричні і терморезис­торні перетворювачі.

Методичні вказівки

Необхідно усвідомити принцип дії електромеханічних перетворюва­чів, навчитися виводити рівняння перетворення всіх типів перетворювачів, знати їх переваги, недоліки, джерела похибок і область використання.

На сучасному етапі широко використовуються цифрові засоби вимі­рювань, які мають ряд переваг перед аналоговими засобами. В цифрових засобах вимірювана величина перетворюється в код і відображається на відліковому пристрої в цифровій формі. Перетворення в код неперервної вимірюваної величини здійснюється шляхом її дискретизації і квантування за рівнем аналого-цифровими перетворювачами. Тому важливо вивчити структурні схеми, принцип дії та джерела похибок часово-імпульсних, час­тотно-імпульсних аналого-цифрових перетворювачів (АЦП), а також пере­творювачів порозрядного зрівноваження.

Література: [1, С.52-89; 2, С.53-75; 3, С.66-107].

 

Контрольні запитання

1. Поясніть принцип дії і напишіть рівняння перетворення електро­механічних перетворювачів.

2. Наведіть схеми детекторів, поясніть принцип їх роботи та вкажіть джерела похибок.

3. Наведіть структурні схеми аналого-цифрових перетворювачів, по­ясніть принцип їх роботи та вкажіть джерела похибок.

Вимірювання струму і напруги

Вимірювання в колах постійного і змінного струму промислової час­тоти. Вплив засобу вимірювання на вимірювальне коло.

Вимірювання в колах звукової і високої частот. Електронні аналогові вольтметри. Узагальнені структурні схеми. Вольтметри пікового (амплі­тудного), середньоспрямленого і середньоквадратичного значень. Особли­вості імпульсних вольтметрів. Вплив форми напруги на похибку вимірю­вання. Особливості вольтметрів надвисоких частот (НВЧ). Цифрові елек­тронні вольтметри: принцип роботи, джерела похибок і основні характе­ристики.

Методичні вказівки

Вимірювання електричного струму і напруги є найбільш поширени­ми вимірюваннями в радіотехніці та техніці зв’язку. В залежності від роду струму, його величини, форми кривої і частоти використовуються різні ме­тоди і засоби для вимірювань.

Струми і напруги вимірюються в колах постійного і змінного стру­мів в діапазоні частот до декількох сотень мегагерц. Вимірювання на висо­ких частотах мають особливості, тому в цьому діапазоні переважно вимі­рюється напруга, а не струм.

Необхідно звернути увагу на особливості вимірювання струму і нап­руги, схеми включення засобів вимірювання в коло, вплив їх на схему, вплив форми кривої струму (напруги) на результат вимірювання, розши­рення меж вимірювання, джерела похибок, класи точності засобів вимірю­вання, а також їх градуювання і повірку.

Вивчення електронних вольтметрів доцільно почати з розгляду фун­кціональної схеми, що дозволяє провести загальну класифікацію цих засо­бів вимірювання. Далі необхідно розглянути окремі функціональні вузли схеми: детектор, підсилювач, вхідне коло, індикатор. Важливо усвідомити, що детектор в основному визначає властивості і характеристики вольтмет­ра. У випадку квадратичного детектора градуювання проводиться в серед­ньоквадратичних значеннях при чисто синусоїдальній напрузі, що справед­ливо при будь-якій формі вимірювальної напруги. Якщо у вольтметрі ви­користовується піковий детектор або детектор середньовипрямлених зна­чень, то градуювання проводиться в середньоквадратичних значеннях для синусоїдальної напруги, а для інших форм вимірюваної напруги воно не буде дійсним.

При вивчені цифрових електронних вольтметрів необхідно розгляну­ти їх класифікацію, методи перетворення аналогових сигналів у дискретні, функціональні схеми і принцип роботи вольтметрів з часово-імпульсним АЦП, з АЦП порозрядного кодування, частотно-імпульсним АЦП і АЦП подвійного інтегрування, а також фактори, які визначають похибку цифро­вих вольтметрів.

Література: [1, С.62-108; 2, С.49-96; 3, С. 113-143.

Контрольні запитання

1. Наведіть класифікацію засобів вимірювання струму і напруги.

2. Наведіть характеристику частотних властивостей вольтметрів.

3. Як впливає форма кривої вимірюваної напруги на похибку вольт­метрів?

4. Вкажіть джерела і поясніть характер похибок вольтметрів.

5. Наведіть порівняльну характеристику функціональних схем елек­тронних аналогових вольтметрів.

6. Поясніть принцип роботи і наведіть метрологічні характеристики цифрових вольтметрів.

Електронні осцилографи

Призначення і принцип роботи. Осцилографи з аналоговим перетво­ренням сигналів. Узагальнена структурна схема універсального осцилогра­фа. Канали керування променем. Неперервна і очікувальна розгортки. Лінійна, синусоїдальна і кругова розгортки. Синхронізація. Багатоканальні і багатопроменеві осцилографи. Запам’ятовувальні осцилографи. Стробо­скопічні осцилографи. Джерела спотворення осцилограм. Похибки вимі­рювання параметрів сигналів.

Осцилографи з цифровим перетворенням і обробкою сигналів. Осци­лографи з матричними електронними індикаторами.

 

Методичні вказівки

Електронні осцилографи використовуються для візуального спосте­реження електричних сигналів і вимірювання їх параметрів.

Необхідно розглянути структурну схему осцилографа, роботу його функціональних блоків, приділити увагу техніці осцилографування непе­рервних та імпульсних сигналів. Необхідно також звернути увагу на дже­рела спотворення осцилограм, методику вимірювання параметрів сигналу і джерела похибок вимірювання.

Необхідно знати принцип роботи стробоскопічних осцилографів і особливості осцилографування коротких імпульсів, а також принцип робо­ти електронного осцилографа з цифровою обробкою сигналу.

Література: [1, С.160-132; 2, С.120-153; 3, С.221-249].

Контрольні запитання

1. Як формується нерухоме зображення на екрані осцилографа?

2. Поясніть призначення функціональних вузлів осцилографа.

3. Які види розгорток використовуються в електронному осцилогра­фі?

4. Вкажіть джерела похибок осцилограм.

5. Поясніть принцип роботи стробоскопічного осцилографа.