По схеме входа (относительно постоянной составляющей тока) с открытым и закрытым входом.

Структурная схема электронного вольтметра

Билет 11

1. Динамические и статические характеристики средств измерений.

На практике наиболее распространены следующие статические MX СИ.

Диапазон измерений — область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые пределы погрешности СИ (для преобразователей — это диапазон преобразования):

Предел измерения — наибольшее или наименьшее значение диапазона измерения. Для мер — это номинальное значение воспроизводимой величины.

Цена деления шкалы — разность значений величин, соответствующих двум соседним отметкам шкалы. Приборы с равномерной шкалой имеют

постоянную цену деления, а с неравномерной — переменную. В этом случае нормируется минимальная цена деления.

Чувствительность — отношение изменения сигнала Δу на выходе СИ к вызвавшему это изменение изменению Δх сигнала на входе

S=Δy/Δx.

Чувствительность нельзя отождествлять с порогом чувствительности — наименьшим значением измеряемой величины, вызывающим заметное изменение показаний прибора.

Величину, обратную чувствительности, называют постоянной прибора С= 1/S.

Вариация (гистерезис) — разность между показаниями СИ в данной точке диапазона измерения при возрастании и убывании измеренной величины и неизменных внешних условиях: var= х_в - х_у

где х_в, х_у — показания образцового СИ при возрастании и убывании величины х.

По степени полноты описания инерционных свойств средств измерений динамические характеристики делятся на полные и частные.

К полным динамическим характеристикам относятся:

дифференциальное уравнение, описывающее работу средств измерений;

передаточная функция;

переходная характеристика;

импульсная характеристика;

совокупность амплитудной и фазочастотной характеристики.

Частными динамическими характеристиками могут быть отдельные параметры полных динамических характеристик или характеристики, не отражающие полностью динамических свойств средств измерений, но необходимые для выполнения измерений с требуемой точностью (например, время установления показания) или контроля однородности свойств средств измерений данного типа.

2. Измерение тока по его тепловому действию.

О силе переменного тока судят по его тепловому действию, так как тепловое действие не зависит от направления тока.

Для измерения теплового действия тока в электротехнике применяют среднеквадратичную оценку

.

В связи с тем, что тепловые процессы инерционны, в большинстве случаев безразлично, как выделяется тепло в каждый момент времени. Если постоянная времени теплового процесса большая, то выделяющееся тепло накапливается (интегрируется). В соответствии с законом Ленца-Джоуля количество тепла пропорционально квадратичному значению тока. Если масса тела, по которому протекает ток, велика, а величина тока ограничена некоторым пределом, то можно считать, что за малое время температура тела повышается незначительно, а следовательно, сопротивление проводника практически остается неизменным. При этих условиях формула имеет следующую интерпретацию: произвольно изменяющийся в некоторых пределах ток , протекая по проводнику неизменного сопротивления, оказывает такое же тепловое действие, как и некоторый постоянный ток, численно равный , который протекает по тому же проводнику неизменного сопротивления в течение того же времени .

Билет 12

1. Нормирование метрологических характеристик.

Все средства измерений независимо от их исполнения обладают рядом общих свойств, необходимых для выполнения ими функционального назначения. Технические характеристики, описывающие эти свойства и оказывающие влияние на результаты и на погрешности измерений, называются метрологическими характеристиками средств измерений.

Характеристики нормируются комплексами

Комплексы нормируемых метрологических характеристик выбираются из числа приведенных ниже характеристик.

Характеристики, предназначенные для определения результатов измерений (без введения поправки), или градуировочные характеристики, определяющие соотношение между сигналами на входе и выходе средств измерений в статическом режиме.

Характеристики погрешностей средств измерений, определяющие характеристики систематической и случайной составляющих погрешности. Динамические характеристики, отражающие полную математическую модель динамических свойств средств измерений.

2. Классификация радиоизмерительных приборов.

Электронные измерительные приборы и меры электрических величин для них согласно ГОСТ 15094—69 разделены по характеру измерений и виду измеряемых величин на подгруппы, обозначаемые прописными буквами русского алфавита. Например, приборам для измерения напряжения присвоена буква В, приборам для измерения частоты — буква Ч и т. д.

М – измерители мощности

Г – измерительные генераторы

Д – аттенюаторы

И – измерители интервалов времени

У – усилители

Ф – измерители разности фаз и группового времени запаздывания

Р – измерители параметров линий передач

С – измерители параметров сигналов

П – измерительные приемники

Х - характериографы

Приборы, входящие в подгруппу, делятся на виды соответственно основной выполняемой функции. Видам присваивается буквенно-цифровое обозначение, состоящее из буквы подгруппы и номера вида. Так, например, вид «Вольтметры переменного тока» обозначается ВЗ, вид «Вольтметры импульсного тока» — В4 и т. д. Полное наименование прибора определяется наименованием вида, к которому прибор относится.

Пример классификации вольтметров:

В1 – установки для поверки вольтметров

В2 – вольтметры постоянного тока

В3 - вольтметры переменного тока

В4 – импульсные вольтметры

В5 – фазочувствительные (линейные) вольтметры

В6 – селективные вольтметры

В7 – универсальные вольтметры

В8 – измерители отношений напряжений

В9 – преобразователи напряжения

По совокупности технических характеристик и очередности разработок приборы каждого вида разделяются на типы, которым соответствует порядковый номер модели. Таким образом, внутри вида приборы различают по номеру модели.

Обозначение прибора состоит из обозначения вида и номера модели, причем перед последним ставится дефис.

Прописная буква русского алфавита, стоящая после номера модели, указывает на то, что прибор модернизировался. Порядковый номер буквы в алфавите соответствует числу модернизаций. Буква Т свидетельствует, что прибор предназначается для эксплуатации в условиях тропического климата. При модернизации таких приборов буква Т ставится после буквы модернизации.

Еще один дополнительный элемент обозначения введен, чтобы отличать конструктивное исполнение приборов с одинаковыми электрическими характеристиками. В подобных случаях после номера модели через дробь ставится цифра, отмечающая порядковый номер конструктивной модификации.

Обозначение многофункционального (комбинированного) прибора, измеряющего несколько параметров, составляется из обозначения вида, к которому прибор относится по основной выполняемой функции. К буквенному обозначению вида таких приборов добавляют букву К, если в данной подгруппе отсутствует вид «универсальные».

Блоки приборов входят в подгруппу Я. Их обозначение состоит из обозначения вида, к которому относится блок подгруппы Я, с добавлением индекса подгруппы по выполняемой функции.

Билет №13

1. Поверка средств измерений.

Поверка средства измерений — совокупность операций, выполняемых органами государственной метрологической службы (или другими уполномоченными на то органами, организациями) с целью определения их метрологических характеристик и подтверждения соответствия средства измерений установленным техническим требованиям.

Поверка СИ осуществляется физическим лицом, аттестованным в качестве поверителя.

СИ подвергают первичной, периодической, внеочередной и инспекционной поверке.

Первичной поверке подлежат СИ утвержденных типов при выпуске из производства и ремонта, при ввозе по импорту. Первичной поверке могут не подвергаться СИ при ввозе по импорту на основании заключенных международных соглашений о признании результатов поверки, произведенной в зарубежных странах.

Периодической поверке подлежат СИ, находящиеся в эксплуатации или на хранении. Результаты периодической поверки действительны в течение межповерочного интервала. Первый межповерочный интервал устанавливается при утверждении типа. Периодическая поверка может производиться на территории пользователя, органа ГМС или аккредитованного на право поверки юридического лица. Место поверки выбирает пользователь СИ, исходя из экономических факторов и возможности транспортировки поверяемых СИ и эталонов.

Внеочередную поверку производят при эксплуатации (хранении) СИ в следующих случаях: повреждение знака поверительного клейма, а также утрата свидетельства о поверке; ввод в эксплуатацию СИ после длительного хранения (более одного межповерочного интервала); неудовлетворительная работа прибора или проведение повторной настройки после ударного воздействия на СИ.

Инспекционную поверку производят для выявления пригодности к применению СИ при осуществлении государственного метрологического надзора.

Поверителъные клейма — технические устройства, предназначенные для нанесения оттиска клейма на СИ, дополнительные устройства или техническую документацию. Оттиск поверительного клейма нужен не только для удостоверения пригодности СИ, но и для исключения доступа к узлам регулировки показаний СИ (допустим, топливно-раздаточных колонок на бензозаправочных станциях).

2. Радиотехнические измерения и их особенности.

Радиотехнические измерения - часть электронных измерений

объектами электронных измерений являются значения физиче­ских величин, параметры и характеристики электрических сигна­лов, электронных цепей, компонентов и режимов этих цепей. По­нятие цепи в современной электронике и радиотехнике трактуется очень широко: оно включает технические устройства для преобра­зования, передачи и приема сигналов.

Электронные приборы различных систем не получают энергию для приведения в действие своего отсчетного устройства непосредственно (от объекта измерения с участка электр. Цепи), они имеют в своем составе блоки питания, усилители и преобразователи практически не искажают, тем самым, действительное значение измеряемой величины (т. е. потребляют ничтожно малую мощность от источника сигнала измерительной инд.)

Диапазоны измерительной величины в радиотехнических измерениях от единиц микроампер (10 в -12-ой) до сотен килоампер. Напряжение от десятков нановольт (10 в -9 -ой) до сотен киловольт. Мощьность от долей микроватта (10 в -6 –ой) до сотен киловатт.

Частота от пост. Тока (0 Гц) до десятков гигогерц.

Билет №14

1. Образцовые и рабочие средства измерений, их назначение и классификация.

СИ можно классифицировать по двум признакам:

1) метрологическое назначение;

2) конструктивное исполнение.

По метрологическому назначению все СИ подразделяются на два вида: рабочие СИ и эталоны.

По конструктивному исполнению СИ подразделяют на меры, измерительные преобразователи; измерительные приборы, измерительные установки, измерительные системы.

Разновидностями мер являются стандартные образцы состава и свойств материала.

Измерительные преобразователи (ИП) — СИ, служащие для преобразования измеряемой величины в другую.

Измерительный прибор — СИ, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне. Прибор, как правило, содержит устройство для преобразования измеряемой величины и ее индикации в форме, наиболее доступной для восприятия.

Измерительная установка — совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей и других устройств, предназначенных для измерений одной или нескольких физических величин и расположенных в одном месте.

Измерительная система — совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, ЭВМ и других технических средств, размещенных в разных точках контролируемого пространства с целью измерений одной или нескольких физических величин, свойственных этому пространству.

2. Измерение напряжения. (билет 10.2)

Билет №15

1. Эталоны единиц физических величин, их назначение и разновидности.

Система воспроизведения единиц величин и передачи информации об их размерах всем без исключения СИ в стране составляет техническую базу обеспечения единства измерений.

Воспроизведение единицы представляет собой совокупность операций по материализации единицы величины с наивысшей в стране точностью с помощью государственного первичного или специального эталона. Размеры единиц могут воспроизводиться там же, где выполняются измерения (децентрализованный способ), либо информация о них должна передаваться с централизованного места их хранения или воспроизведения (централизованный способ). Децентрализованно воспроизводятся единицы многих производных физических величин. Основные единицы сейчас воспроизводятся только централизованно.

Централизованное воспроизведение единиц осуществляется с помощью специальных технических средств, называемых эталонами. Эталон, обеспечивающий воспроизведение единицы с наивысшей в стране (по сравнению с другими эталонами той же единицы) точностью, называется первичным эталоном.Эталон, получающий размер единицы путем сличения с первичным эталоном рассматриваемой единицы, называется вторичным эталоном.

Эталон должен отвечать трем основным требованиям: неизменность (способность удерживать неизменным размер воспроизводимой им единицы в течение длительного интервала времени); воспроизводимость (воспроизведение единицы с наименьшей погрешностью для данного уровня развития измерительной техники); сличаемость (способность не претерпевать изменений и не вносить каких-либо искажений при проведении сличений).

Первичные эталоны — это уникальные средства измерений, часто представляющие собой сложнейшие измерительные комплексы, созданные с учетом новейших достижений науки и техники на данный период. Эталон, обеспечивающий воспроизведение единицы в особых условиях и служащий для этих условий, называется специальным эталоном. Официально утвержденные в качестве исходного для страны первичный или специальный эталоны называются государственными. Они находятся в федеральной собственности.

В качестве методов передачи информации о размере единиц используют методы непосредственного сличения (т.е. сличения меры с мерой или показаний двух приборов), а также сличение с помощью компаратора.

2. Общие сведения о методах измерения мощности.

Задачи измерения мощности, представляющей собой важную энергетическую характеристику, занимают значительное место в современной измерительной технике.

Приборы для измерения мощности называют ваттметрами или измерителями мощности.

Рассмотрим методы измерения активной мощности в цепях переменного тока.

Как известно, мощностью в электрической цепи называют энергию, выделяемую на нагрузке в единицу времени. В цепях постоянного тока значения мощности Р_о определяется одним из следующих выражений:

где Iо и U_o — значения постоянного тока через нагрузочный резистор сопротивлением R и падения напряжения на нем.

В однофазных цепях переменного тока мгновенная мощность р определяется произведением мгновенных значений тока и напряжения: p=u(t)i(t). Обычно измеряют среднюю мощность Р периодического электрического сигнала, представляющую собой среднее значение мгновенной мощности за период Т:

Для периодического сигнала сложной формы

Методы измерения средней мощности разнообразны. Их можно разделить на две группы. К первой относятся методы преобразования электрической энергии в тепловую или в термо-ЭДС, вторую составляют методы, основанные на выполнении вычислительных операций в соответствии с математическим определением средней мощности.

Метод перемножения. Среднюю мощность, потребляемую нагрузкой цепи переменного тока, можно найти путем перемножения мгновенных значений напряжения и тока с усреднением произведения. Эта задача решается перемножающими схемами —аналоговыми и цифровыми.

Современная микроэлектроника располагает аналоговыми перемножителями в микросхемном исполнении, осуществляющими различные методы умножения: переменной крутизны, широтной модуляции, «логарифм — антилогарифм» и др.

Многие ваттметры, построенные на основе аналоговых перемножителей, имеют цифровое отсчетное устройство (дисплей). Структурная схема подобного ваттметра приведена на рис. 6.1.

Билет №16

1. Достоверность, сходимость и воспроизводимость измерений.

точность измерений — это близость результатов измерений к истинному значению измеряемой величины.

Правильность измерений определяется близостью к нулю систематической погрешности.

Достоверность измерений зависит от степени доверия к результату и характеризуется вероятностью того, что истинное значение измеряемой величины лежит в указанных окрестностях действительного.

Следует отметить, что результаты измерений, не обладающие достоверностью, т. е. степенью уверенности в их правильности не представляют ценности. Например, датчик измерительной схемы может иметь весьма высокие метрологические характеристики, но влияние погрешностей от его установки, внешних условий, методов регистрации и обработки сигналов приведет к большой конечной погрешности измерений.

Качество измерительных операций характеризуется также сходимостью и воспроизводимостью результатов. Эти показатели наиболее распространены при оценке качества испытаний и характеризуют точность испытаний.

Сходимость (повторяемость) — это близость результатов двух испытаний, полученных одним методом, на идентичных установках, в одной лаборатории. Воспроизводимость отличается от сходимости тем, что оба результата должны быть получены в разных лабораториях.

2. Метод дискретного счета. (билет 4.2)

Билет №17

1. Разновидности и классификация измерений.

Цель измерения – получить числовое значение величины в форме удобной для пользования. Для этого применяются измерительные приборы хранящие размер единицы величины.

Измерения весьма разнообразны и их классифицируют по различным признакам

По характеристике точности:

· Равноточные приборы, погрешность которых одинаковая; условия измерений одинаковы

· Неравноточные

По числу измерений:

• Однократные(наблюдения)
• Многократные(среднее арифметическое значение)

По отношению к изменению измеряемой величины:

· Статические

· Динамические(физ.величина изменяется во времени)

По метрологическому назначению:

· Технические

· Метрологические

По характеру результата измерений:

· Абсолютные

· Допусковые(пороговые)

· Относительные(сравниваются)

По способу получения результата:

· Прямые(непосредственные)

· Косвенные(результат получают при помощи известной зависимости между измеряемой величиной и несколькими прямыми измерениями)

· Совокупные(одновременные измерения нескольких одноименных величин, в измерительных установках)

· Совместные(одновременные измерения нескольких разноименных величин(цель – установить физическую зависимость)

· Динамические

По степени достаточности измерений:

· Необходимые

· Избыточные

По методу:

· Непосредственной оценкой(отсчет по шкале прибора)

· Сравнивая с мерой(весы с гирьками)

· Противопостановления

· Дифференциальный

· Нулевой

· Замещения (совпадений)

По связи с объектом:

· Бесконтактные( с помощью… померить температуру печи)

· Контактные(померить температуру термометром)

По точности оценки погрешности:

· Технические

· Лабораторные(исследовательские)

* с точным оцениванием погрешности

*с приближенным оцениванием погрешности

2. Электронные осциллографы. (билет 7.2)

БИЛЕТ № 18.

1. Основное уравнение измерения, основной постулат метрологии.

Значение величины получают в результате ее измерения или вычисления в соответствии с основным уравнением измерения:

Q = X[Q],

где Q — значение величины; X— числовое значение измеряемой величины в принятой единице; [Q] —выбранная для измерения единица.

В простейшем случае модель измерения (рис. 2.1) может быть описана функциональной зависимостью изменения выходного сигнала СИ у от изменения входного сигнала х, как у = f(x).

Величина Хи

Рис. 2.1. Модель измерения

Однако в процессе измерений возникают различные внешние и внутренние помехи Z_i,Z_l, которые вносят погрешность в результат измерения. Причем каждая из составляющих имеет свою плотность вероятности f(x),f(y),f(z). Этим определяется тот факт, что при многократном измерении одной и той же величины х одним и тем же средством измерения в одинаковых условиях результаты измерения, как правило, различаются между собой и не совпадают с истинным х_и значением физической величины.

y₁ ≠ y₂ ≠ …y_n ≠ х_и

Под истинным значением физической величины понимается значение, которое идеальным образом отражало бы в качественном и количественном отношениях соответствующие свойства физической величины.

Поскольку истинное значение есть идеальное значение, то в качестве наиболее близкого к нему используют действительное значение х, найденное экспериментальным методом, например, с помощью более точных СИ.

Изложенное позволяет сформулировать основные постулаты метрологии.

• Истинное значение определяемой величины существует, и оно постоянно.

• Истинное значение измеряемой величины отыскать невозможно.

Отсюда следует, что результат измерения у, как правило, математически связан с измеряемой величиной вероятностной зависимостью.

В дальнейшем необходимо различать термины "измерение", "контроль", "испытание" и "диагностирование". Контроль— частный случай измерения, и он проводится с целью установления соответствия измеряемой величины заданному допуску.

Испытание - воспроизведение в заданной последовательности определенных воздействий, измерении реакций объекта на данное воздействие и их регистрации.

Диагностирование системы — это процесс распознавания состояния элементов этой системы в данный момент времени. По результатам диагностирования можно прогнозировать состояние элементов системы при дальнейшей ее эксплуатации.

2. Общие сведения о методах измерения частоты. (билет 5.2)

БИЛЕТ № 19.

1. Ранжирование физических величин. Единицы измерений.

Расположенные в порядке возрастания или убывания размеры измеряемых величин образуют шкалы порядка.Операция расстановки размеров в порядке их возрастания или убывания с целью получения измерительной информации по шкале порядка называется ранжированием.

Принято делить шкалы на: метрические (интервалов, отношений, абсолютные), неметрические (наименований и порядка)

Ранжирование в шкалах порядка (реперных шкалах). Недостаток – неопределенность интервалов между реперными точками.

Более совершенна в этом отношении шкала интервалов. Примером ее может служить шкала измерения времени, которая разбита на крупные интервалы (годы), равные периоду обращения Земли вокруг Солнца; на более мелкие (сутки), равные периоду обращения Земли вокруг своей оси. По шкале интервалов можно судить не только о том, что один размер больше другого, но и том, на сколько больше. Однако по шкале интервалов нельзя оценить, во сколько раз один размер больше другого. Это обусловлено тем, что на шкале интервалов известен только масштаб, а начало отсчета может быть выбрано произвольно.

Наиболее совершенной является шкала отношений. Примером ее может служить температурная шкала Кельвина. В ней за начало отсчета принят абсолютный нуль температуры, при котором прекращается тепловое движение молекул; более низкой температуры быть не может. Второй реперной точкой служит температура таяния льда. По шкале Цельсия интервал между этими реперами равен 273,16°С. По шкале отношений можно определить не только, на сколько один размер больше или меньше другого, но и во сколько раз он больше или меньше.

2. Измерение фазового сдвига. (билет 3.2)

БИЛЕТ № 20.

1. Физическая величина, истинное и действительное значение физической величины.

Основным объектом измерения в метрологии являются физические величины.

Физическая величина применяется для описания материальных систем и объектов, изучаемых в любых науках (физике, химии и др.).

Физическая величина — свойство общее в качественном отношении многим физическим объектам, но в количественном отношении индивидуальное для каждого объекта. Как известно, существуют основные и производные величины. В качестве основных выбирают величины, которые характеризуют фундаментальные свойства материального мира.

ГОСТ 8.417 устанавливает семь основных физических величин — длина, масса, время, термодинамическая температура, количество вещества, сила света, сила электрического тока.

Измеряемые величины имеют качественную и количественную характеристики.

Формализованным отражением качественного различия измеряемых величин является их размерность. Согласно международному стандарту ИСО размерность обозначается символом dim. Размерность основных величин —длины, массы и времени — обозначается соответствующими заглавными буквами:

dim I=L; dimm = M; dim t=T.

Размерность производной величины выражается через размерность основных величин с помощью степенного одночлена:

dim Х=L^α М ^βТ ^γ..., (1)

где L,M, T— размерности соответствующих основных физических величин; α, β, γ — показатели размерности (показатели степени, в которую возведены размерности основных величин).

Количественной характеристикой измеряемой величины служит ее размер. Получение информации о размере физической или нефизической величины является содержанием любого измерения.

Под истинным значением физической величины понимается значение, которое идельным образом отражало бы в качественном и количественном отношениях соответствующие свойства физической величины. Истинное значение – идеальное значение, следовательно в качестве наиболее близкого к нему используют действительное значение, найденное экспериментальным методом.

2. Цифровые вольтметры. (билет 8.2)

БИЛЕТ № 21.

1. Классификация погрешностей. (билет 4.1)

2. Электронные осциллографы. (билет 7.2)

БИЛЕТ № 22.

1. Погрешность измерений. Точность и правильность измерений. (билет 8.1)

2. Радиотехнические измерения и их особенности. (билет 13.2)

БИЛЕТ № 23.

1. Классы точности средств измерений. (билет 10.1)

2. Общие сведения о методах измерения мощности. (билет 15.2)

БИЛЕТ № 24.

1. Погрешность измерений. Точность и правильность измерений. (билет 8.1)

2. Электронные осциллографы. (билет 7.2)

БИЛЕТ № 25.

1. Поверка средств измерений. (билет 13.1)

2. Электротехнические измерения и их особенности. (билет 1.2)