Контрольное задание
По дисциплине «Информационно-измерительная техника»
Выполнил:
________________Э.В. Мартюшев
Группа ММЗ-341
«____»___________200_ г.
Домашний адрес:
456320, г. Миасс, Челябинская обл., б-р. Седого 6-90
Тел: 89630836818
Проверил:
_________________С.В.Ярушина
«___»____________200_г.
Оценка работы:
________________
Миасс 2015г.
№ варианта | 1 задание (№№ вопросов и задач) | 2 задание (№№ вопросов и задач) | 3 задание (№№ вопросов и задач) |
5, 12,26 | 10,20,31,29 | 5; 15 |
Задание №1
5. Измерительные преобразователи – средства измерения, предназначенные для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшей обработки и хранения, но не доступной для непосредственного восприятия наблюдателем.
Основные характеристики измерительного преобразователя – это
- функция преобразования,
- чувствительность,
- погрешность.
Преобразователи обычно классифицируются по принципу их работы и практическому применению.
По характеру преобразования различают следующие виды измерительных преобразователей:
|
|
- преобразователи электрических величин в электрические
- магнитных величин в электрические
- неэлектрических величин в электрические
По характеру преобразования измерительные преобразователи подразделяются также на аналоговые, цифровые и аналого-цифровые.
По месту в измерительной цепи и функциям измерительные преобразователи делят на: первичные преобразователи (датчики), унифицированные, промежуточные и масштабные.
Датчик может состоять из одного или нескольких измерительных преобразователей, объединенных в единую конструкцию. На датчик непосредственно воздействует измеряемая физическая величина (сила, давление, уровень, температура и т.д.).
Унифицированный преобразователь состоит из датчика и схемы согласования. Он преобразует измеряемую физическую величину в нормированную выходную величину, используя при этом источник энергии.
Масштабные преобразователи относятся к группе измерительных преобразователей электрических величин в электрические и предназначены для изменения значения размера физической величины в заданное число раз без изменения рода величины.
Пассивные масштабные преобразователи, работающие за счёт энергии объекта исследований. К этой группе относятся шунты, резистивные, ёмкостные и индуктивные делители тока и напряжения, измерительные трансформаторы. Пассивные масштабные преобразователи строятся на пассивных элементах: резисторах, конденсаторах, катушках индуктивности. Характерным для них является то, что мощность выходного сигнала всегда меньше мощности входного. Шунты. Чтобы в измерительный механизм прибора поступал ток Iим, меньший в n раз измеряемого тока I, необходимо использование шунта - сопротивления, подключаемого параллельно цепи измерительного механизма. Значение сопротивления шунта R определяется из соотношения R = Rим/(n-1), где Rим - сопротивление измерительного механизма, n = I/Iим - коэффициент шунтирования. Добавочные резисторы. Служат для расширения пределов измерения измерительных механизмов по напряжению и включаются последовательно с ними.
|
|
Активные масштабные преобразователи. Позволяют не только изменить размер величины, но и увеличить мощность выходного сигнала. К ним относятся измерительные усилители, повышающие уровни и работающие за счёт дополнительного источника энергии
Примеры: Логометры, вольтметры, амперметры, частотомеры, фазометры.
12. Электродинамические и ферродинамические приборы.
Эти приборы применяют для измерения постоянных и переменных токов и напряжений, мощности в цепях постоянного и переменного тока, частоты и угла фазового сдвига. Работа измерительного механизма основана на взаимодействии магнитных полей двух катушек с токами: неподвижной – 1 и подвижной 2. Подвижная катушка на оси или растяжках может поворачиваться внутри неподвижной. Обе катушки бескаркасные. Для защиты от влияния внешних магнитных полей применяются экранирование из ферромагнитного материала. При протекании в обмотках катушек токов I1 и I2 возникают электромагнитные силы, стремящиеся так повернуть подвижную часть, чтобы магнитные потоки катушек совпадали. Энергия магнитного поля двух катушек определяется выражением:
WM=1/2L1I21+1/2L2I22+M12I1I2, M12 - взаимная индуктивностей. М12 зависит от угла поворота подвижной части. Поэтому получаем: M=dWM/dα=I1I2·dM12/dα
Достоинства - электродинамические механизмы дают одинаковые показания на постоянном и переменном токе. Это позволяет с большой точностью градуировать шкалу. Показания стабильны во времени. Недостатки – низкая чувствительность, большое потребление мощности, чувствительность к перегрузкам. Механизмы ферродинамической системы отличаются от электродинамических тем, что неподвижная катушка имеет магнитопровод из магнитомягкого материала. В результате магнитный поток, а значит и вращающий момент существенно возрастают. Это позволяет уменьшить потребление мощности. Сильное собственное магнитное поле механизма ферродинамической системы ослабляет влияние внешних магнитных полей. Недостатки – гистерезис и вихревые токи сердечника вызывают появление дополнительных погрешностей. В электродинамических и ферродинамических амперметрах для токов до 0,5 А катушки измерительного механизма соединяются последовательно. Для измерения больших токов катушки механизма включают параллельно.
26. Цифровыми измерительными приборами (ЦИП) называют такие, которые в соответствии со значением измеряемой величины образуют код, а затем в соответствии с кодами измеряемую величину представляют на отсчетном устройстве в цифровой форме. Код может подаваться в цифровое регистрирующее устройство, вычислительную машину или другие автоматические устройства, что обусловило широкое практическое применение этих приборов в технике. Например, такие электронные аналоговые приборы, как частотомеры и фазометры, вытесняются цифровыми приборами, которые обладают относительной простотой преобразования этих параметров в кодовый сигнал.
ЦИП состоит из двух обязательных узлов; аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и цифрового отсчетного устройства (ОУ). АЦП выдает код в соответствии со значением измеряемой величины. ОУ отражает это значение в цифровой форме. АЦП применяются также в измерительных, информационных управляющих и других системах и выпускаются промышленностью в качестве самостоятельных средств измерения. Обычно они имеют на выходе двоичный код и могут быть значительно быстрее действовать по сравнению с АЦП, применяемыми в ЦИП. Быстродействие же ЦИП ограничивается инерционностью зрительного восприятия. Многие ЦИП содержат предварительные аналоговые преобразователи (АП). Их используют для изменения масштаба входной величины Х или ее преобразования в другую величину y=f(x), более удобную для выбранного метода кодирования.
|
|
Метрологические и другие технические характеристики ЦИП определяются методом преобразования в код. В ЦИП, предназначенных для измерения электрических величин, применяются метод последовательного счета и метод поразрядного уравновешивания. Соответственно, различают ЦИП последовательного счета и ЦИП поразрядного уравновешивания (кодоимпульсные). В зависимости от того, какое значение величины измеряется, ЦИП делятся на приборы для измерения мгновенного значения и приборы для измерения среднего значения за определенный промежуток времени (интегрирующие).
По роду измеряемой величины ЦИП подразделяются на вольтметры, омметры, частотомеры, фазометры, мультиметры (комбинированные), в которых предусматривается возможность измерения нескольких электрических величин и ряда параметров электрических цепей.
Основные технические характеристики ЦИП:
1) номинальная статическая характеристика преобразования;
2) диапазон измерений;
3) вид кода, применяемого в АЦП, количество разрядов, вес единицы младшего разряда кода;
4) разрешающая способность, характеризующаяся количеством уровней квантования;
5) входное сопротивление;
6) быстродействие;
7) помехоустойчивость – способность ЦИП выполнять свои функции в условиях воздействия помех, численно характеризуется коэффициентом подавления помех на входе ИП;
8) время измерения – интервал времени от момента начала цикла преобразования измеряемой физической величины до момента высвечивания показания на табло;
|
|
9) погрешности. Нормируются 4 основных составляющих погрешности:
- погрешность дискретизации;
- погрешность реализации уровней квантования;
- погрешность сравнения;
- погрешность от воздействия помех.
Первая относится к методическим погрешностям, остальные – к инструментальным и обусловлены технической реализацией ИП;
10) класс точности. Обычно в ЦИП для установления класса точности нормируется относительная погрешность, рассчитываемая по так называемой «двухчленной формуле»:
,
где - относительная погрешность;
- числа, выбираемые из того же ряда, что и класс точности;
- конечное значение установленного предела излучения;
- измеряемое значение ФВ.
Класс точности обозначается .
Структурная схема АЦП с времяимпульсным преобразованием
Структурная схема вольтметра с времяимпульсным преобразованием
Структурная схема вольтметра с двойным времяимпульсным преобразованием
Структурная схема частотомера
Упрощенная структурная схема хронометра