5. Методические указания к контрольным работам.
Студент должен выполнить три контрольные работы. При выполнении контрольной работы I необходимо выполнить тот вариант задания, номер которого совпадает с последней цифрой его шифра. Каждый вариант А содержит три задачи (см. таблица 1). Значения параметров задач устанавливаются с учетом множителя N.
Решение задач нужно производить последовательно с объяснением производимого действия. Если вычислению предшествует вывод формулы, его нужно закончить в буквенных обозначениях, после чего необходимо подставлять количественные данные. Если используется готовая формула, следует рядом с ней ставить порядковый номер литературы, список которой должен быть приведен в конце работы.
Схемы, эскизы, диаграммы необходимо дать подробно, используя стандартные условные обозначения.
На обложке тетради следует аккуратно указать дисциплину, специальность, учебный шифр, фамилию, имя, отчество. Страницы тетради пронумеровать.
Таблица 1
-
Последняя
цифра шрифта
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Задачи по
варианту А
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
9
0
1
22
3
24
25
26
7
8
9
0
При выполнении контрольных работ значения параметров задач определяется по индексам А, n, N, устанавливаемым по программе выбора исходных данных.
Листинг программы выбора исходных данных
10 READ A, n, N
20 DATE…………….
30 RANDOMIZE
40 A=S1*INT(A1/S1+((A2-A1(/S1)*RND(0))=
50 n= n1*INT(n1/S1+((n2-n1(/S1)*RND(0))=
60
N= N1*INT(N1/S1+((N2-N1(/S1)*RND(0))=
100 PRINT TAB (20) «Контрольная работа № … »
110 PRINT TAB (20) «Студент…………………., шифр………………….»
120 PRINT TAB (5) «А=…», «n =…», N =..»
130 END
Полученная распечатка с указанием данных студента и значений расчитываемых параметров прикладывается к пояснительной записке.
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №1
1. Рассчитать делитель напряжения электронного вольтметра при следующих данных:
входное сопротивление вольтметра R1= 2 МОм ´ N;
входная емкость вольтметра C2 = 2 пФ´ N;
коэффициент деления 25:I;
частота измеряемого напряжения 20 МГц;
измеряемое напряжение 100 В.
2. Рассчитать амплитудный детектор при следующих данных:
частота сигнала f = (100 ´ N) Гц;
входное сопротивление R = (10 ´ N) МОм;
приведенная погрешность ± I%;
3.Рассчитать допустимую скорость изменения частоты гетеродина при последовательном методе анализа спектра сигнала:
полоса пропускания избирательной системы 150 Гц;
частотный спектр сигнала 20 Гц…25 кГц.
4. Нарисовать схему измерения сдвигов фаз с помощью осциллографа методом круговой развертки. Указать на схеме параметры фазовращателя. Привести получаемые осциллограммы. Частота сигнала f = (20´ N) Гц, сдвиг по фазе 90 град.
5. Определить погрешность от нелинейности конденсаторного частотомера в диапазоне измерений 20 Гц…20 кГц, если известно, что постоянные времени зарядной и разрядной цепи одинаковы и равны (10 ´ N) ×10-6 c, а напряжение на конденсаторе к моменту окончания заряда равно 10 В.
6. Рассчитать схему и выбрать элементы фотогальванометрического усилителя для измерения тока (10-3´ N) А.
7. Определить погрешность измерения напряжения с помощью фазочувствительного вольтметра, если известно, что калибровка 90° сдвига в цепи опорного сигнала была произведена с погрешностью (1,0´ N) %.
8. Рассчитать элементы измерительной цепи автоматического компенсатора постоянного тока, предназначенного для измерения температуры с помощью термопары в пределах от 20 до 600 °С, если постоянная термопары (0,06´ N) мВ/град.
9. Опишите принцип действия измерителя нелинейных искажений. Определите коэффициент гармоник Kг, если на вход измерителя подан сигнал прямоугольной формы /меандр/ с амплитудой U = (10´ N) В и частотой I кГц. При расчёте ограничиться четвертой гармоникой.
10. Определить коэффициент нелинейных искажений прямоугольного сигнала /меандр/ амплитудой 20 В и частотой 100 Гц (см. задачу № 9).
11. Рассчитайте частотозадающие элементы RC – генератора, собранного по схеме моста Вина при частоте генератора F = (10´ N) кГц. Опишите работу RC – генератора.
12. Рассчитать измерительную цепь автоматического уравновешенного моста с пределом измерения 0…100 °С в комплекте с медным термометром сопротивления /градуировка 22/; Un = 6,3 В; Imax = (5´ N) мА; rл = (2,0´ N) Ом; h = 0,8; r1 = (5´ N) Oм; r`pn =120 Ом.
13. Рассчитайте измерительную схему автоматического потенциометра постоянного тока на предел измерения 0…400 °С. Для заданного придела подобрать термопару самостоятельно. Un = 6,3 В; r`pn = (20 ´ N) Ом.
14. Для каких целей применяют автоматические мосты со статической характеристикой? Рассчитайте компенсирующее напряжение Uк в схеме неуравновешенного моста, работающего в комплекте с медным термометром сопротивления. Измеряемая t° = 50 C; Uпит = 6,3 В; rк =(20´ N) Ом.
15. Рассчитать П – образный аттенюатор с постоянными параметрами звеньев. Ослабление каждого звена –20 дБ; Rн = ¥ Ом; Rвых.ат. = (10´ N) кОм.
16. Рассчитать параметры Т – образного звена аттенюатора при нагрузке (1´ N) кОм и коэффициенте затухания 20 дБ.
17. Требуется рассмотреть варианты схем с прямой шкалой с бесконечными пределами измерения для измерения сопротивлений в диапазоне от Rmin = (50´ N) Ом до Rmax = 2×106 Ом, определить параметры схемы, количество поддиапазонов и относительную погрешность измерения сопротивлений, если приведенная погрешность измерения g = 2%.
18. Требуется рассчитать схему омметра с конечным пределом измерения с обратной шкалой для измерения сопротивлений в пределах от Rmin = (10´ N) ×106 Ом до Rmax =2×1012 Ом. Номинальное напряжение вольтметра Uном = I В, приведенная погрешность измерения g = 1,5%.
19. Каков будет частотный спектр сигнала, если допустимая скорость изменения частоты гетеродина при последовательном методе анализа спектра сигнала 75 кГц/с, полоса пропускания избирательной системы (20´ N) Гц?
20. Какова полоса пропускания избирательной системы, если допустимая скорость изменения частоты гетеродина при последовательном методе анализа спектра сигнала 80 кГц/с и частотный спектр(10 ´ N) Гц…25 кГц?
21. Рассчитать фотогальванометрический микровольтметр с пределом измерения (20´ N) мкВ , сопротивление цепи измерения rх = 0…50 Ом.
22. Рассчитать конструктивные параметры реохорда при удельном числе витков Wуд = (5´ N), диаметре реохорда D = 15 см, угле рабочей части реохорда j = 340°. Рассчитать: общее число витков, диаметр провода, длину намотки реохорда, длину одного витка, межвитковую разность потенциалов.
23. Рассчитать квадратичный детектор по схеме. Номинальный ток измерительного прибора Iном = (100´ N) мкА, номинальное напряжение Eном = (2´ N) В. Длина рабочего участка параболы 6 Eном = 24 В. Погрешность аппроксимации d = 10%.
24. Построить кривую зависимости b0 = f (g) и gA = f (b,g) при изменении частоты колебаний подвижной части измерительного механизма самопишущего прибора прямого действия от w = 0 до w = w0. Указать область наименьших значений погрешности gА прибора.
25. Определить параметры (размеры и зазор между крылом и стенкой) воздушного успокоителя подвижной части прибора при коэффициенте успокоения р = 3,62×10-7 нм с/рад и расстоянии от оси вращения до центра крыла r = (1,0´ N) cм.
26. Рассчитать степень успокоения подвижной части измерительного прибора на растяжках при коэффициенте успокоения р = 6,03×10-7 нмс/рад. Противодействующий момент растяжек Wp = 0,06 мкН/ (90°×100 мм), длина растяжек lр = 21 мм, момент инерции J =1,2×10-7 кГм .
27. Вычислить число витков рамки магнитоэлектрического милливольтметра при следующих данных ИМ: U =(10´ N) мВ; I0 = (1´ N) мА; угол шкалы aш =90°; время успокоения tу £ 2с; вращающий момент рамки при протекании по ней тока Мвр = 1,5×10 Н×м. Рамка ИМ каркасная. Магнитная индукция в зазоре В = 0,23 Тл; площадь поперечного сечения рамки S = 2 см2 .
28. Определить время успокоения подвижной части электромагнитного вольтметра, если момент инерции подвижной части J = (0,5´ N) ×10-7 кг×м2 ; размеры катушки l0 = 34 мм; d0 = 42 мм; размеры воздушного успокоителя а = 20 мм; в = 15 мм; r = 30 мм;
S = 0,5 мм; удельный противодействующий момент W = (1,2´ N) ×10-6 Н×м/рад.
29. Определить время успокоения подвижной части прибора при b = 1,39. Момент инерции подвижной части J = (0,54 ´ N) ×10-7 кг×м2 , удельный противодействующий момент W = 1,09×10-6 Н×м/рад.
30. Определить время анализа спектра шириной 20 Гц – 20 кГц автоматическим анализатором, если известно, что полоса пропускания анализатора (1,0´ N) Гц.
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №2
Вариант I (n выбирается по алгоритму)
Выполнить расчёт электронного вольтметра прямого преобразования постоянного тока. Пределы измерения:Un = (5 ´ N) В (n ), Un = (50 ´ N) В (n 4), Un = (100´ N) В (n ).
Основная погрешность определяется двучленной формулой:
g = ± (0,5×10-2 + 2×10-2 U/Un) × 100 %,
где U – текущее значение измеряемого напряжения.
Требуется: составить электрические функциональную и принципиальную схемы вольтметра, выбрать прибор – указатель, выполнить анализ погрешностей нуля и чувствительности; найти относительную погрешность измерения на отметках, соответствующих 1/3, ½, ¾ и 1/1 длины шкалы, рассчитать вероятность безотказной работы в течение времени t = 2000 час (n ), t = 3000 час (n ), t = 4000 час (n ).
Вариант II (n )
Выполнить расчёт электронного милливольтметра, уравновешивающего преобразования для измерения среднего значения переменного напряжения. Пределы измерения: Un = (10´ N) мВ (n ), Un = (50´ N) мВ (n ), Un = (100´ N) мВ (n ).
Основная /приведённая/ погрешность определяется двучленной формулой:
g = ± (1×10-2 + 1,5×10-2 U/Un) × 100 %,
где U – текущее значение измеряемого напряжения.
Требуется: составить электрические функциональную и принципиальную схемы прибора, выбрать прибор – указатель, выполнить анализ погрешностей с учётом отрицательной обратной связи, найти относительные погрешности измерения на отметках, соответствующих 1/3, ½, ¾, 1/1 длины шкалы (при абсолютной погрешности 1 мВ); определить вероятность безотказной работы за время: t = 500 час (n = 0), t = 2000 час (n = 3), t = 5000 час (n = 6).
Вариант III (n )
Выполнить расчёт электронного ваттметра с электродинамическим измерительным механизмом уравновешивающего преобразования. Пределы измерения:
а/ по току In = 3 А;
б/ по напряжению Un = (2 ´ N) В (n); Un = (5 ´ N) В (n );
Un = (8 ´ N) В (n ); Un = (9 ´ N) В (n ).
Основная /приведённая/ погрешность определяется двучленной формулой:
g = ± /1×10-2 + 1,5×10-2 U/Un/ × 100 %, где U – текущее значение измеряемого напряжения.
Требуется: составить электрические функциональную и принципиальную схемы ваттметра, выбрать измерительный механизм, дать анализ погрешностей с учётом отрицательной обратной связи, определить вероятность безотказной работы за время
t = 2000 час (n ), t = 5000 час (n ), t = 8000 час (n ), t = 9000 час (n ).
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №3
Расчет емкостного уравновешивающего преобразователя
Задание: Определить параметры электрической схемы; рассчитать статическую
характеристику и определить передаточную функцию устройства.
Структурная и принципиальная схемы устройства приведены на рис. 1, 2.
Исходные данные выбираются из таблицы по последней цифре учебного шифра.
Принципиальная и функциональная (структурная) схемы преобразователя представлены
на рис. 1, 2.
Таблица № 1.
-
Вариант
Параметры
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
Начальная емкость.
С0 [пкф] х 102N
60
70
80
90
55
70
80
45
55
65
Максимальное изменение емкости DСхn [пф] х 102N
2,0
3,0
4,0
5,0
2,0
3,0
4,0
2,0
3,0
4,0
Ёмкость конденсатора
С [пф] х 102N
62
73
84
95
57
73
84
47
58
69
Коэффициент передачи
двигателя Кдв [(об/мин)/В] N
60
50
27
16
33
50
23
25
15
25
Собственная частота
преобразователя ¦0 [гц] N
5,0
3,5
4,0
5,0
1,0
0,8
7,0
6,0
2,0
3,0
Постоянная времени
Т [сек] х 10-1N
1,6
2,0
8,0
1,3
1,5
3,0
Частота питания
¦ = w / 2p [Гц] N
400
500
1000
Напряжение питания моста Uпит = 36 В
Сопротивление потенциометра R0 = 2,4 кОм
Максимальный рабочий угол шкалы am = a0 = 345°
Рис 1.
Рис 2.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
1. Определить выходное напряжение мостовой схемы.
Преобразовать электрическую схему моста (рис. 1а) в эквивалентную схему
(рис. 1б), исходя из выражений
Произвести вывод формулы для Uвых, исходя из выражения [ 1 ]
Подставляя соответствующие значения Zi, вводя обозначения
и пренебрегая в знаменателе величиной Rx2rg вследствие её малости, привести формулу к виду:
Из
условия равновесия моста (равенство
числителя нулю)
откуда,
максимальная емкость Сxm
(при Rx =
0)
минимальная
емкость Сх min
(при Rx
= R0)
следовательно,
