Контрольная по метрологии. Контрольная работа По дисциплине Электротехника и электроника Оглавление Контрольная работа 1 (индивидуальная) 3 Задание 5 3
 Скачать 0.93 Mb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ (МИНТРАНС РОССИИ) ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ВОЗДУШНОГО ТРАНСПОРТА (РОСАВИАЦИЯ) ФГБОУ ВО «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ» Контрольная работа По дисциплине: «Электротехника и электроника» ОглавлениеКонтрольная работа №1 (индивидуальная) 3 Задание №5: 3 Решение: 3 Вывод: 9 Контрольная работа №2 (индивидуальная) 10 Задание №5: 10 Решение: 10 Вывод: 11 Контрольная работа №3 (индивидуальная) 11 Задание №5: 11 Решение: 11 Вывод: 13 Контрольная работа №4 13 Задание №1: 13 Решение: 14 Вывод: 16 Контрольная работа №5 17 Задание №1: 17 Решение: 17 Вывод: 17 Контрольная работа №1 (индивидуальная)Задание №5:1. Дайте определение и описание измерительных генераторов: общие сведения о генераторах, классификация, принципы измерения параметров сигналов с помощью генераторов; 2. Дайте определение и описание анализа спектра сигналов: общие сведения об измерениях, принцип измерения спектра сигналов; 3. Дайте определение и описание осциллографа. Опишите процесс измерения фазового сдвига между сигналами при помощи осциллографа. Решение:1. Генераторы являются источниками квазигармонических немодулированных или модулированных сигналов инфразвуковых, звуковых и ультразвуковых частот. Они предназначены для исследования и регулировки акустической, медицинской, геофизической аппаратуры, систем автоматического регулирования, регулировки и контроля аппаратуры радиовещания, трактов звукового сопровождения телевизионной аппаратуры, контроля качественных показателей коротковолновых и ультракоротковолновых частотно- и амплитудно-модулированных передатчиков, систем вещания и связи, а также для использования в вычислительной технике. Измерительные генераторы (ИГ) — это экранированные источники электрических колебаний, мощность (напряжение) и степень модуляции которых могут быть фиксированными или регулируемыми в определенных пределах. Они имеют ряд принципиальных отличий от обычных генераторов: обладают возможностью точной установки и регулировки выходных параметров колебаний (частоты, формы, длительности и уровня напряжения или мощности) в широких диапазонах; имеют высокую стабильность параметров и встроенные измерительные приборы, позволяющие контролировать установки и регулировки сигналов; могут работать совместно с другими средствами измерений. Классифицируют генераторы по следующим видам: генераторы сигналов низкочастотные – источники гармонических немодулированных или модулированных сигналов инфразвуковых частот (0,01...20 Гц), низкочастотных или звуковых и ультразвуковых частот (20... …300 000 Гц); генераторы сигналов высокочастотные – источники гармонических немодулированных или модулированных сигналов высоких (0,3…300 МГц) и сверхвысоких частот (СВЧ, свыше 300 МГц); генераторы качающейся частоты (свип-генераторы) – источники гармонических сигналов, частота которых автоматически изменяется в пределах устанавливаемой полосы частот; генераторы импульсов, или релаксационные генераторы – источники одиночных или периодических видеоимпульсных сигналов различной формы; генераторы шумовых и шумоподобных сигналов – источники электрических шумовых и шумоподобных сигналов, выходное напряжение которых представляет собой реализацию случайного процесса с контролируемыми статистическими характеристиками. Следует выделить среди них генераторы линейно изменяющихся напряжений (ГЛИН), которые относят к релаксационным генераторам. Их используют как в качестве измерительных, так и в качестве генераторов разверток. В спектре выходного сигнала генератора гармонических колебаний имеется одна или несколько гармоник. Выходные колебания релаксационного генератора содержат множество гармоник с соизмеримыми амплитудами. Для имитации реальных сигналов в измерительных генераторах предусмотрена возможность модуляции гармонических колебаний. По виду модуляции генераторы подразделяются следующим образом: генераторы с амплитудной (и амплитудной однополосной), частотной и фазовой синусоидальной модуляцией; генераторы с амплитудной, частотной и фазовой импульсной модуляцией; генераторы с импульсно-кодовой и шумоподобной модуляцией. Выходной уровень напряжения (мощности) измерительных генераторов может быть калиброванным или некалиброванным. Калиброванный уровень напряжения изменяется от сотых долей микровольт до десятых долей и единиц вольт, а мощности — от 10-15 Вт до единиц и десятков микроватт. Выходная мощность генераторов с некалиброванным уровнем может достигать нескольких ватт. Основными метрологическими характеристиками генераторов гармонических сигналов являются погрешности установки частоты и выходного уровня сигнала, нестабильность частоты, параметры выходного сигнала при модуляции, максимальная выходная мощность на согласованной нагрузке. Генераторы импульсных сигналов формируют одиночные или парные импульсы, пачки и периодические последовательности прямоугольных импульсов с частотой повторения от долей герц до сотен мегагерц, длительностью от долей наносекунды до нескольких секунд и амплитудой от единиц милливольт до десятков вольт. Генераторы сигналов специальной формы создают треугольные и другие формы напряжения. По назначению выделяют следующие группы ИГ: ИГ общего применения – источники стабильных сигналов заданной формы, параметры которых можно изменять в широких пределах (генераторы подгрупп Г3, Г4, Г5, Г6). Они должны сохранять заданную форму генерируемых сигналов во всем диапазоне частот, а также обеспечивать широкие пределы изменения амплитуды и частоты выходного сигнала, постоянство выходного напряжения (мощности) при изменении частоты, стабильность генерируемых частот, высокую точность установки частоты и уровня выходного напряжения (мощности, независимость параметров выходного сигнала от нагрузки и малый коэффициент нелинейных искажений; специальные ИГ (подгруппа Г1) – генераторы синусоидальных сигналов в диапазоне частот от десятков Гц до единиц ГГц, обеспечивающие выдачу напряжения (мощности) на стандартных нагрузках, с требуемыми показателями формы (или с заданным диапазоном качания). Они должны обеспечивать режим согласования со стандартными выходными сопротивлениями каналов, режим качания в стандартных для систем передачи полосах частот, широкий диапазон выходных уровней (от -80 дБ до +17,37 дБ), а также работать в составе автоматизированной контрольно-измерительной аппаратуры. В их состав входят высокостабильный кварцевый генератор, синтезатор частоты и устройство автоматического регулирования уровня выходного сигнала. Особую группу специальных генераторов составляют высокостабильные квантовые генераторы (водородные, рубидиевые, цезиевые), которые являются основой квантовых (атомных) стандартов частоты и времени (Ч1); синтезаторы частоты (Г7) – генераторы синусоидальных сигналов с дискретной перестройкой частоты и высокой стабильностью. Они позволяют получить сетку измерительных сигналов фиксированных частот с дискретностью в десятые и сотые доли герц; генераторы испытательных импульсов (Г9) формируют калиброванные импульсные сигналы для проверки переходных характеристик четырехполюсников и осциллографов, для исследования и поверки широкополосных радиоэлектронных устройств общего и специального назначения, для поверки и калибровки электронных осциллографов; генераторы цифровых сигналов (подгруппа Т) формируют импульсные двухуровневые сигналы, обладающие свойствами числовых последовательностей и предназначенные для испытания логических радиоэлектронных устройств и систем связи. Обобщенная структурная схема ИГ представлена на рисунке 1.  Рисунок 1 Измерить такими генераторами можно нестабильность частоты (с дополнительными приборами в связке), мощность передатчика, коэффициент модуляции, чувствительность приёмника и т.д. 2. Чтобы провести анализ прохождения сигнала через радиотехнические цепи, необходимо его представить в удобной математической форме. В теории сигналов широкое применение нашли два способа математического и физического представления электрических сигналов: временной и спектральный. При временном способе анализа сигнал отражают непрерывной функцией времени или совокупностью элементарных импульсов, следующих друг за другом через определенные интервалы времени. Спектральный способ основан на представлении (аппроксимации) сигнала в виде суммы гармонических составляющих разных, обычно кратных друг другу частот. Фундаментальная идея такого представления принадлежит Ж. Фурье. Для периодических сигналов Фурье ввел разложение по различным видам рядов — тригонометрическим, гармоническим, комплексным и т.д. Фурье также доказал, что непериодические (импульсные) сигналы можно описать с помощью двух его преобразований — прямого и обратного. Итак, практически любой сигнал можно представить в виде суммы гармонических составляющих (спектра), амплитуды и частоты которых можно определить с помощью прямого преобразования Фурье. Этот спектр гармонических составляющих зачастую удобно отобразить графически, если по оси абсцисс откладывать обозначение частот, а по оси ординат — величины амплитуд гармоник. На рисунке 2 наглядно показано временное и спектральное представление достаточно сложного по форме сигнала.  Рисунок 2 Представление сигнала: а — временная диаграмма; б — спектр Анализ спектра включает определение как амплитуд гармоник (спектра амплитуд), так и их начальных фаз (спектра фаз). Однако для многих практических задач достаточно знать лишь спектр амплитуд. Поэтому под анализом спектра принято понимать определение амплитуд гармоник исследуемого сигнала. Для спектрального анализа непериодических сигналов (функций) используют аппарат интегрального преобразования Фурье. 3. Осциллограф – это прибор, который предназначенный для исследования (наблюдения, записи, измерения) амплитудных и временных параметров электрического сигнала, подаваемого на его вход, и наглядно отображаемого (визуализации) непосредственно на экране либо регистрируемого на фотоленту. Фазовый сдвиг можно измерить непосредственно по осциллограммам исследуемых напряжений, наблюдая их одновременно на экране осциллографа. Для этих измерений используют осциллограф с двухлучевой электронной трубкой или со встроенным электронным коммутатором. При измерении фазового сдвига способом эллипса одно из исследуемых напряжений подают на вход Y, а другое – на вход Х осциллографа. Осциллограф работает в ХY-режиме (генератор линейной развертки отключен). При этом луч на экране описывает эллипс. Фазовый сдвиг определяют по формуле  где: l , h – отрезки, отсекаемые эллипсом по осям Х и Y; L, H – максимальные отклонения по осям Х и Y. При измерениях этим способом необходимо учитывать фазовый сдвиг, вызываемый неидентичностью фазочастотных характеристик усилителей вертикального и горизонтального отклонений осциллографа,  , где  – сдвиг фаз между каналами Y и Х.Вывод:В данной контрольной работе были рассмотрены и описаны следующие вопросы: 1. Дано определение и описание измерительных генераторов: общие сведения о генераторах, классификация, принципы измерения параметров сигналов с помощью генераторов; 2. Дано определение и описание анализа спектра сигналов: общие сведения об измерениях, принцип измерения спектра сигналов; 3. Дано определение и описание осциллографа. Описан процесс измерения фазового сдвига между сигналами при помощи осциллографа. Контрольная работа №2 (индивидуальная)Задание №5:1. Дайте определение грубых погрешностей; 2. Дайте определение изменения показаний измерительного прибора под действием влияющей величины; 3. Какой является относительная погрешность прибора в разных частях шкалы при неравномерной шкале? Решение:1. Грубая погрешность, или промах, — это погрешность результата отдельного измерения, входящего в ряд измерений, которая для данных условий резко отличается от остальных результатов этого ряда. Источником грубых погрешностей нередко бывают резкие изменения условий измерения и ошибки, допущенные оператором. К ним можно отнести: • неправильный отсчет по шкале измерительного прибора, происходящий из-за неверного учета цены малых делений шкалы; • неправильная запись результата наблюдений, значений отдельных мер использованного набора, например гирь; • хаотические изменения параметров питающего СИ напряжения, например его амплитуды или частоты. Грубые погрешности, как правило, возникают при однократных измерениях и обычно устраняются путем повторных измерений. Их причинами могут быть внезапные и кратковременные изменения условий измерения или оставшиеся незамеченными неисправности в аппаратуре. Грубая погрешность значительно превышает ожидаемую погрешность измерения (ПИ). Иногда грубую ПИ называют промахом. 2. Изменение показаний измерительного прибора под действием влияющей величины – это изменение погрешности измерительного прибора, вызванное отклонением одной из влияющих величин от нормального значения или выходом её за пределы нормальной области значений. 3. Относительная погрешность измерительного прибора — отношение абсолютной погрешности прибора к действительному значению величины, выраженное в процентах. Значение относительной погрешности зависит от значения измеряемой величины, и максимальная точность измерений обеспечивается, если показание прибора находится во второй половине диапазона измерений. Относительная погрешность увеличивается к началу шкалы и уменьшается к концу шкалы прибора. Вывод:В данной контрольной работе были рассмотрены и описаны следующие вопросы: 1. Дано определение грубых погрешностей; 2. Дано определение изменения показаний измерительного прибора под действием влияющей величины; 3. Дан ответ на вопрос: какой является относительная погрешность прибора в разных частях шкалы при неравномерной шкале? Контрольная работа №3 (индивидуальная)Задание №5:1. Опишите способ устранения причин систематической погрешности; 2. Дайте определение коэффициента вариации? 3. В чем выражаются пределы допускаемых погрешностей средств измерений? Решение:1. Для устранения причин систематической погрешности применяют следующие методы: Первый метод замещения (корда сравнение осуществляется заменой измеряемой величины известной величиной так, что в состоянии и действии всех используемых средств измерений не происходит изменений. Взвешивание по методу Борда позволяет исключить из метода систематическую погрешность из-за неравноплечести весов. Эксперимент заключается в следующем: на одну чашу помещают определенную массу, весы уравновешивают наложением на другую чашу негигроскопического, неиспаряющегося груза, определяемую массу снимают, на ее место ставят гири до достижения равновесия. Суммарная масса гирь для восстановления равновесия соответствует значению определяемой массы. Второй метод противопоставления (измерения повторяться дважды и проводиться так, чтобы причина посторонней систематической погрешности оказывала противоположное воздействие на результат). Третий метод компенсации погрешности по знаку (предусматривают 2 измерения, выполненных так, чтобы постоянная систематическая погрешность входила в результаты с противоположными знаками. Пример: для устранения влияния на результаты измерения магнитного поля Земли первое измерение производят при произвольном расположении прибора, второе - развернув его на 180 градусов. Четвёртый метод рандомизации наиболее универсальный способ, состоящий в том, что одна и та же величина измеряется разными методами, приборами, систематические погрешности каждого из них для всей совокупности разные. Поэтому при увеличении числа используемых методов, приборов систематической погрешности взаимокомпенсируется при усреднении результатов. 2. Коэффициент вариации – также известный как относительное стандартное отклонение, — это стандартная мера дисперсии распределения вероятностей или частотного распределения. Она часто выражается в процентах и определяется как отношение стандартного отклонения σ к среднему μ. также известный как относительное стандартное отклонение, — это стандартная мера дисперсии распределения вероятностей или частотного распределения. Она часто выражается в процентах и определяется как отношение стандартного отклонения σ к среднему μ.  3. Пределы допускаемых погрешностей выражают в зависимости от характера изменения (в пределах диапазона изменений входного (выходного) сигнала) границ абсолютных погрешностей средств измерений конкретного вида, которые оценивают на основании принципа действия, свойств средств измерений, а также их назначения: в форме приведенных погрешностей – если указанные границы можно полагать практически неизменными. Например, пределы допускаемых погрешностей показывающих амперметров выражают в форме приведенных погрешностей, так как границы погрешностей средств измерений данного вида практически неизменны в пределах диапазона измерений; в форме относительных погрешностей – если указанные границы нельзя полагать постоянными. Вывод:В данной контрольной работе были рассмотрены и описаны следующие вопросы: 1. Описан способ устранения причин систематической погрешности; 2. Дано определение коэффициента вариации? 3. Дан ответ на вопрос: в чем выражаются пределы допускаемых погрешностей средств измерений? Контрольная работа №4(«Вариант 02 КР №1») Задание №1:1. Дайте определение и описание высокочастотного генератора синусоидальных сигналов; 2. Дайте определение понятию «Физическая величина»; 3. Дайте определение и описание понятия измерительной шкалы; 4. Опишите процесс частоты биений как результат сложения двух гармонических колебаний; 5. Дайте определение и описание измерительных генераторов: общие сведения о генераторах, классификацию, принципы измерения параметров сигналов с помощью генераторов. Решение:1. Высокочастотный генератор – это преобразователь тока промышленной (низкой) частоты в ток высокой частоты, состоящий из выпрямителя, осциллятора, цепей управления и защиты. Основные требования, предъявляемые к ГСС: высокие стабильность частоты и амплитуды выходного сигнала, малый коэффициент нелинейных искажений. В генераторах стандартных сигналов предусматривают возможность получения амплитудной модуляции за счет использования как внешнего, так и внутреннего источников напряжения. Внутренняя модуляция обычно действует на частотах 400 и 1000 Гц. Генераторы сверхвысоких частот (СВЧ-генераторы) работают в диапазоне частот 1...40 ГГц. По типу выходного соединителя с исследуемой схемой они делятся на коаксиальные и волноводные, причем последние более высокочастотные. Для СВЧ-генераторов характерно однодиапазонное построение, с небольшим перекрытием по частоте (около октавы — 2 раза). Некалиброванная выходная мощность измерительного СВЧ-генератора достигает десяти ватт, а калиброванная составляет нескольких микроватт. Шкалы калиброванных аттенюаторов СВЧ-генераторов градуируют в дБ, а ГСС — в децибелах и микроваттах. Генераторы сверхвысоких частот используют для настройки радиоприемных устройств радиолокационных и радионавигационных станций, систем космической связи и спутникового вещания, измерения параметров различных антенн и т.д. Структурная схема СВЧ-генератора показана на рисунке 1. Особенностями измерительных генераторов этого вида являются относительная простота электронной части схемы и сложность механических узлов приборов.  Рисунок 3 СВЧ-генератор Структурная схема СВЧ-генератора: импульсный модулятор, измеритель малой мощности, частотомер и калиброванный аттенюатор. Все высокочастотные узлы генератора соединяют волноводами. Задающие СВЧ-генераторы измерительных приборов выполняют на отражательных клистронах, диодах Ганна, магнетронах, лавинно-пролетных диодах (ЛПД), лампах бегущей (ЛБВ) и обратной волны (ЛОВ) и т.д. В измерительных СВЧ-генераторах необходима тщательная экранировка, так как утечка мощности с ростом частоты возрастает. Провода питания выполняют в виде коаксиальных кабелей со специальным наполнением, хорошо поглощающим энергию СВЧ-колебаний. Повышенные требования предъявляют и к источникам питания, так как активные элементы СВЧ-диапазона чувствительны к нестабильности питающих напряжений. 2. Физическая величина – это физическое свойство материала или системы, которое может быть количественно определено путем измерения. 3. Шкала (измерительная шкала) — это знаковая система, для которой задано отображение (операция измерения), ставящее в соответствие реальным объектам, ситуациям, событиям или процессам тот или иной элемент (значение) шкалы. 4. Явление биений (и частоты биений) возникает в результате интерференции. Если две звуковые волны разных частот интерферируют, то результатом является изменение громкости звука (амплитуды), известное как биения (рис. 4).  Рисунок 4 Биения возникают при сложении колебаний, отличающихся по частоте на небольшую величину, и проявляются в появлении более низкочастотных изменений амплитуды суммарного сигнала, по сравнению с исходными частотами. Амплитуда колебаний при этом меняется от минимального значения равного разности исходных амплитуд до максимального значения, равного сумме амплитуд исходных колебаний, и вновь до минимального значения. Периодом биений является время повторения этого процесса. 5. Данный вопрос рассмотрен в Контрольной работе №1 (индивидуальная), а именно задание №5 вопрос №1. Вывод:В данной контрольной работе были рассмотрены и описаны следующие вопросы: 1. Дано определение и описание высокочастотного генератора синусоидальных сигналов; 2. Дано определение понятию «Физическая величина»; 3. Дано определение и описание понятия измерительной шкалы; 4. Описан процесс частоты биений как результат сложения двух гармонических колебаний; 5. Дано определение и описание измерительных генераторов: общие сведения о генераторах, классификацию, принципы измерения параметров сигналов с помощью генераторов. Контрольная работа №5(«Вариант 02 КР №2») Задание №1:1. Дайте определение и описание измерительных генераторов: общие сведения о генераторах, классификация, принципы измерения параметров сигналов с помощью генераторов. 2. Дайте определение и описание анализа спектра сигналов: общие сведения об измерениях, принцип измерения спектра сигналов. 3. Дайте определение и описание осциллографа. Опишите процесс измерения фазового сдвига между сигналами при помощи осциллографа. Решение:1. Данный вопрос рассмотрен в Контрольной работе №1 (индивидуальная), а именно задание №5 вопрос №1. 2. Данный вопрос рассмотрен в Контрольной работе №1 (индивидуальная), а именно задание №5 вопрос №2. 3. Данный вопрос рассмотрен в Контрольной работе №1 (индивидуальная), а именно задание №5 вопрос №3. Вывод:В данной контрольной даны ссылки на Контрольную работу №1 (индивидуальная), в которой рассмотрены и описаны следующие вопросы: 1. Дано определение и описание измерительных генераторов: общие сведения о генераторах, классификация, принципы измерения параметров сигналов с помощью генераторов. 2. Дано определение и описание анализа спектра сигналов: общие сведения об измерениях, принцип измерения спектра сигналов. 3. Дано определение и описание осциллографа. Описан процесс измерения фазового сдвига между сигналами при помощи осциллографа. Санкт – Петербург 2023 г. |