Оиит ответы. ОИИТ, ответы. Основы информационноизмерительных технологий Что такое информационные технологии
 Скачать 433.65 Kb.
|
Аналоговый осциллографЕго еще также называют электронно-лучевой осциллограф, так как он состоит из электронно-лучевой трубки. По сути электронно-лучевая трубка представляет из себя маленький кинескоп, на котором мы можем наблюдать какое-либо изменение электрического сигнала. Любой осциллограф имеет экран. Он может быть встроенный, либо это может быть монитор вашего настольного компьютера или дисплей ноутбука. В нашем случае на фото мы видим, что наш осциллограф имеет круглый экранчик. Сигнал, который вырисовывается на таком экране называется осциллограммой. Для измерения электрических сигналов нам потребуются специальный щуп для осциллографа. Такой щуп представляет из себя кабель из двух проводов, один из которых является сигнальным, а другой нулевым. Нулевой провод также часто называют “землей”. Цифровой осциллограф – это осциллограф, построенный на основе цифровой схемотехники. Его главное отличие от аналогового в том, что внутри него идет цифровая обработка сигналов. Цифровой осциллограф может записывать, останавливать, автоматически подгонять и измерять исследуемый сигнал. И это только часть функций! Осциллограф представляет измерительный прибор, при помощи него можно:Определить значения напряжения сигнала (амплитуду) и временные параметры. Измерив временные характеристики сигнала, удастся определить его частоту. Наблюдать сдвиг фаз, происходящий при прохождении разных участков цепи. Выяснить переменную (AC) и постоянную (DC), которые составляют сигнал. Наблюдать искажение сигнала, который вносит определенный участок цепи. Выяснить соотношение сигнал/шум, определить стационарность шума или его изменение по времени. Понять процессы, которые происходят в электрической цепи. Выяснить частоту колебаний и так далее. Эти устройства преимущественно применяются в электронике и радиотехнике. Особенно важным элементом прибор используется в электромеханических сферах производства. Данное устройство выступает в качестве фиксирующего прибора, который наглядно отображает все колебания электрического тока, происходящие в определенном электрическом механизме. С помощью прибора можно найти помехи, а также искажения прохождения электрического импульса в самых разных узлах схемы. Цифровые приборы для измерения частотно-временных параметров сигналов телекоммуникационных систем. Измерение характеристик усилителя. Измерение сопротивления, емкости и индуктивности. Однако этот способ измерения сопротивлений не позволяет получить результаты измерения с высокой точностью, так как на результаты измерения оказывают влияние собственные внутренние сопротивления амперметра и вольтметра. Так, на изображенной на рис. 4, а схеме амперметр измеряет не только ток, проходящий через сопротивление, но и ток, проходящий через вольтметр, чем вносится методическая погрешность измерений.  Рис. 4. Схема для измерения сопротивлений методом амперметра и вольтметра (а) и схема омметра (б) Этим способом производят измерение обычно в тех случаях, когда нет специальных приборов — омметров. Одна из возможных схем омметра (рис. 4, б) — последовательная. Она состоит из автономного источника питания Е, переменного резистора R и миллиамперметра магнитоэлектрического типа РА. В качестве источника питания обычно используют сухие элементы или батареи напряжением 1,4...4,5 В. Если к выводам прибора подключить сопротивление Rx, величину которого необходимо определить, то по цепи пойдет ток, величина которого будет зависеть от величины сопротивления. Измерение емкостей. Определение емкости конденсатора или других устройств емкостного характера также может осуществляться различными способами. Простейший из них — метод амперметра-вольтметра (рис. 6, а).  Рис. 6. Схемы измерения емкости Он во многом аналогичен такому же методу измерения сопротивлений, с той только разницей, что схема питается переменным синусоидальным напряжением от генератора низкой или высокой частоты (или от сети). Емкостное сопротивление конденсатора определяется по следующей формуле:  где f - частота переменного напряжения. Емкостное сопротивление находится по закону Ома по показаниям приборов  Измерение малых по величине емкостей удобнее производить методом резонанса (рис. 6, б). Измеряемый конденсатор Сх подключается к известной индуктивности L, образуя колебательный контур. На контур подается синусоидальное напряжение от генератора. С помощью электронного вольтметра измеряют напряжение на контуре. При резонансе оно достигает максимума. Известно, что резонансная частота контура может быть выражена следующей формулой:  Следовательно, при известной величине индуктивности в контуре и определенной по максимальным показаниям вольтметра частоте резонанса можно найти искомое значение емкости Сх. Измерение больших емкостей (например, электролитических конденсаторов) проще всего производить путем разряда конденсатора на известное сопротивление R. Известно, что за время, равное постоянной времени цепи разряда конденсатора, его напряжение уменьшается в е раз, где е = 2,71... — основание натурального логарифма. Постоянная времени цепи разряда конденсатора на резистор определяется соотношением  Схема измерения емкости этим методом (рис. 6, в) состоит из источника постоянного напряжения питания, известного по величине сопротивления резистора R, электронного вольтметра PV, переключателя S и клемм для подключения конденсатора. С помощью переключателя S конденсатор Сх заряжается до напряжения источника питания, а после переключения конденсатора на разряд с помощью секундомера измеряют время t, по истечении которого конденсатор разрядится до напряжения Uпит/е. Емкость конденсатора определяется по формуле  Емкости конденсаторов можно измерять также с помощью мостов переменного тока. Измерение индуктивностей Измерение индуктивностей несколько сложнее. Это связано с тем, что любая катушка (обмотка трансформатора и т. п.) имеет кроме индуктивности еще и резистивное сопротивление. Поэтому во многих случаях измеряют предварительно полное сопротивление катушки индуктивности  Оно может быть определено методом амперметра и вольтметра путем измерения напряжения и тока измерительными приборами схемы на переменном напряжении (рис. 7, a) z = U/I. При подаче на схему постоянного напряжения (рис. 7, б), как уже рассматривалось выше, можно определить резистивное сопротивление катушки R.  Рис. 7. Схемы измерения индуктивностей Тогда  В свою очередь, индуктивное сопротивление  При известном значении частоты / напряжения питания легко найти величину искомого значения индуктивности  При малых значениях индуктивности (например, контурных катушек радиоэлектронных устройств) можно воспользоваться резонансной схемой, аналогичной схеме определения емкости резонансным методом. Для измерения индуктивности можно использовать также мосты переменного тока, специальные измерительные приборы — ку- метры, позволяющие определять не только величину индуктивности, но и такую характеристику, как добротность катушки, характеризующие качество работы катушки в электронных схемах. Измерение мощности. В электрических цепях измерение мощности удобнее рассматривать отдельно для цепей постоянного и переменного тока. На постоянном токе основные формулы для определения мощности следующие:  В соответствии с приведенными формулами мощность в каком-то сопротивлении нагрузки R можно измерить тремя способами: с помощью вольтметра и амперметра (рис. 8, а), только вольтметром (рис. 8, б) и только амперметром (рис. 8, в). Во всех случаях после снятия показаний с приборов необходимо провести математические расчеты для определения собственно мощности.  Рис. 8. Схемы измерения мощности в цепях постоянного тока Этого можно избежать, если для измерения мощности воспользоваться специальным прибором ваттметром (рис. 8, г). Как правило, выпускаемые промышленностью ваттметры изготавливаются на базе ферродинамического прибора (см. рис. 2.105). У ваттметров имеются две обмотки и соответственно четыре вывода. Одна из обмоток является токовой, через нее проходит ток к нагрузке, расходуемая мощность в которой подлежит измерению, а вторая — обмоткой напряжения. Она подключается непосредственно к источнику питания. Измерение мощности на переменном токе имеет свои особенности. Во-первых, здесь существуют три различные мощности: полная мощность, В * А, S= UI, активная мощность, Вт, Р = UIcosφ; реактивная мощность, вар, Q = UIsinφ. В этих формулах (φ — угол сдвига по фазе между током и напряжением. Чаще всего интересуются полной и активной мощностями. Знание полной мощности необходимо для расчета токов в нагрузке, выбора сечения проводов и предохранителей. Активная мощность важна потому, что именно она характеризует ту мощность, которая в нагрузке преобразуется в теплоту, свет, звук и т.д. Измерение полной мощности обычно производят, измеряя напряжение и ток вольтметром и амперметром и перемножая полученные значения. Активную мощность чаще всего измеряют с помощью ферродинамических ваттметров, которые кроме напряжения и тока учитывают и так называемый коэффициент мощности cosφ. Измерение расхода электрической энергии. Электротехническое изделие в соответствии со своим назначением потребляет (вырабатывает) активную энергию, расходуемую на совершение полезной работы. При постоянстве напряжения, тока и коэффициента мощности количество потребленной (выработанной) энергии определяется соотношением Wp = UItcosφ = Pt где P=UIcosφ — активная мощность изделия; t — продолжительность работы. Единицей энергии в СИ служит джоуль (Дж). В практике еще находит применение внесистемная единица измерения Ватт х час (Вт х ч). Соотношение между этими единицами следующее: 1 Вт-ч=3,6 кДж или 1 Вт-с=1 Дж. В цепях периодического тока количество израсходованной или выработанной энергии измеряют индукционными или электронными электрическими счетчиками. Конструктивно индукционный счетчик представляет собой микроэлектродвигатель, каждому обороту ротора которого соответствует определенное количество электрической энергии. Соотношение между показаниями счетчика и числом оборотов, совершенных двигателем, называют передаточным числом и указывают на щитке: 1 кВт х ч = N оборотов диска. По передаточному числу определяют постоянную счетчика C=1/N, кВт х ч/об; C=1000-3600/N Вт х с/об. В СИ постоянная счетчика выражается в джоулях, так как число оборотов — безразмерная величина. Информационные измерительные системы. Измерительные информационные системы (ИИС) – это совокупность функционально объединенных измерительных, вычислительных и других вспомогательных технических средств для получения измерительной информации, ее преобразования, обработки с целью представления потребителю, в том числе ввода в АСУТП, АСНИ и КИ в требуемом виде, либо автоматического осуществления логических функций измерения, контроля, диагностики, идентификации и тому подобных. Назначение любой измерительной информационной системы, необходимые функциональные возможности, технические характеристики и другие в решающей степени определяются объектом исследования или управления, для которого данная система создается. В зависимости от выполняемых функций ИИС реализуется в виде: - измерительных систем (ИС); - систем автоматического контроля (САК); - систем технической диагностики (СТД); - систем распознавания образов (идентификации) (СРО); - телеизмерительных систем (ТИС). В СТД, САК, СРО измерительная система входит как подсистема. Измерительные вычислительные комплексы. Одной из разновидностей ИИС является измерительно-вычислительный комплекс (ИВК) – функционально объединенная с помощью специальной многоканальной магистрали система (совокупность) средств измерений, вычислительной техники, устройств отображения информации и вспомогательных устройств, предназначенная для выполнения конкретной измерительной задачи. Основными признаками принадлежности измерительной системы к ИВК являются: наличие компьютера; программное управление средствами измерений; нормированные метрологические характеристики; блочно-модульная структура, состоящая из технической (аппаратной) и программной (алгоритмической) подсистем. По назначению ИВК подразделяют на типовые, проблемные и специализированные. Типовые комплексы предназначены для решения широкого круга типовых задач автоматизации измерений, испытаний или исследований независимо от области применения. Проблемные комплексы разрабатываются для решения специфичной задачи в конкретной области автоматизации измерений. Специализированные комплексы используются для решения уникальных задач автоматизации измерений, для которых разработка типовых и проблемных комплексов экономически нецелесообразна. К таким задачам относятся: - осуществление прямых, косвенных, совместных или совокупных измерений физических величин; - управление процессом измерений и воздействие на объект измерений; - представление оператору результатов в требуемом виде. Чтобы реализовать указанные функции, ИВК должен: - эффективно воспринимать, преобразовывать и обрабатывать электрические сигналы от первичных измерительных преобразователей; - управлять средствами измерений и другими техническими устройствами; - вырабатывать нормированные сигналы, являющиеся входными для средств воздействия на объект; - оценивать метрологические характеристики и представлять результаты измерений в установленной форме. Каков принцип работы пьезоэлектрических преобразователей? Пьезопреобразователи – электромеханические преобразователи, принцип действия которых основан на пьезоэлектрическом эффекте – явлении возникновения электрической поляризации под действием механических напряжений. Если пьезоэлектрическую пластинку с нанесенными электродами (пьезоэлемент) подвергнуть действию механических напряжений (сжатию, растяжению, сдвигу), то на ее поверхности появятся электрические заряды за счет поляризации (прямой пьезоэффект или эффект Кюри). Приложение электрического напряжения к электродам вызывает механическую деформацию пьезоэлемента (обратный пьезоэффект, эффект Джоуля). Каково устройство индукционных преобразователей? Индукционным преобразователем называется преобразователь, принцип действия которого основан на законе электромагнитной индукции. Преобразователь имеет катушку. При воздействии входной величины на преобразователь изменяется потокосцепление Y катушки с внешним по отношению к катушке магнитном полем. При этом в катушке наводится ЭДС (4.131) Потокосцепление (4.132) где w – число витков катушки; Ф – проходящий через нее поток; Q – площадь через которую проходит этот поток; B индукция магнитного поля. ЭДС в катушке может наводится при изменении во времени любой из перечисленных величин w, B, Q. |