1.Jakimi cechami powinno się charakteryzować narzędzie pomiarowe?
-narzędzie nie powinno zniekształcać zjawiska (np. woltomierz powinien mieć jak największą rezystancję wewnętrzną).-przyrząd powinien być wielofunkcyjny, wielozakresowy, najlepiej z automatycznym wyborem zakresu. -urządzenia powinny być jak najdokładniejsze. -urządzenia powinny pobierać jak najmniejszą moc z obwodu kontrolowanego lub źródła dodatkowego. 2.Na przykładach wyjaśnij zasadę działania kompensacyjnej metody pomiarowej.
Metoda kompensacyjna – wielkość wzorcowa przeciwdziała wielkości mierzonej i kompensuje jej fizyczne działanie na detektor. Pomiar (np. napięcia elektrycznego) metodą kompensacyjną polega na porównaniu napięcia mierzonego Ux ze znaną wartością napięcia wzorcowego. W układzie kompensacyjnym na rysunku detektor reaguje na różnicę napięć Ux i Uw. Przez zmianę wartości napięcia wzorcowego można doprowadzić wskazanie detektora do zera. Stan kompensacji osiąga się wówczas, gdy detektor nie wykazuje różnicy potencjałów (przepływu prądu), a więc przy Ig = 0 uzyskuje się Ux = Uw.
3. Na przykładach wyjaśnij zasadę działania komparacyjnej metody pomiarowej.
Metoda komparacyjna – porównanie wielkości mierzonej X ze znaną wielokrotnością k wielkości wzorcowej Xw. Badając różnicę X – kXw, sprowadza się ją do zera przez regulację współczynnika k. Dla stanu równowagi wartość wielkości mierzonej oblicza się ze wzoru X = kXw. Na tej metodzie oparte są układy mostkowe (np. mostek Wheatstone'a). Przy odpowiednim doborze rezystancji prąd w detektorze osiąga wartość ID = 0, wówczas
R1R4 – R2R3 = 0 (R1 = R2(R3/R4)).
Stan mostka, przy którym prąd w detektorze jest równy zeru nosi miano stanu równowagi.
4. Na przykładach wyjaśnij zasadę działania metody pomiarowej koincydencji i metody podstawieniowej
.Metoda koincydencji – wyznaczenie
pewnych wskazów lub sygnałów małej różnicy między wartością wielkości mierzonej i porównywalnej z nią wartości tej samej wielkości. Przykładem może być pomiar czasu przez obserwację wzorcowych sygnałów czasu z sygnałami porównywanego zegara. Metoda podstawieniowa – porównanie wielkości mierzonej X z wielkością wzorcową Xw, ale nie w sposób bezpośredni i równoczesny. Metoda ta polega na zastąpieniu wielkości mierzonej wielkością wzorcową dobraną w taki sposób, aby skutki wywołane przez nią były takie same. Przykładem może być pomiar masy ciała na wadze wskazówkowej. Po zważeniu ciała zastępuje się je na szalce wagi odważnikami (wzorcami) dobranymi w taki sposób, aby otrzymać poprzednie wskazanie wagi.
5. Podaj definicję błędu bezwzględnego i względnego pomiaru. Co to jest poprawka? Co to jest niepewność pomiaru
Błąd bezwzględny pomiaru – różnica między wartością X otrzymaną w wyniku pomiaru a wartością rzeczywistą Xr wielkości mierzonej. Błąd ten jest wyrażany w jednostkach miary wielkości mierzonej.
ΔX = X – Xr
Błąd względny pomiaru – stosunek błędu bezwzględnego pomiaru do wartości rzeczywistej wielkości mierzonej. Błąd ten jest podawany zwykle w procentach. Poprawka – błąd bezwzględny poprawny ΔXp wzięty ze znakiem przeciwnym.
p = – ΔXp = Xp – X
Xp = X + p
Niepewność pomiaru – jest określona przez graniczne błędy pomiaru ΔXmin i ΔXmax wyznaczone jako najmniejszy przedział wokół zmierzonej wartości X, wewnątrz którego znajduje się wartość rzeczywista Xr.
X – ΔXmin ≥ Xr ≥ X – ΔXmax
ΔXmin ≤ X ≤ ΔXmax
ΔXmin = – ΔXmax = ΔXg
X – ΔXg ≤ Xr ≤ X + ΔXg
Xr = X ± ΔXg
Sam wynik pomiaru bez oceny jego niedokładności (błędu granicznego Xg) nie zawiera użytecznej informacji i jest bezwartościowy.
6. Jakie znasz metody obliczania błędów systematycznych przy pomiarach pośrednich. Wyjaśnij na przykładzie Y=A*B
21.metoda przyrostów
δY = ((A + ΔA)(B + ΔB) – AB) / AB = (A(1 + ΔA / A)B(1 + ΔB / B) – AB) / AB =
AB[(1 + ΔA / A)(1 + ΔB / B) – 1] / AB = (1 + ΔA / A)(1 + ΔB / B) – 1 =
(1 + δA)(1 + δB) – 1 = 1 + δA + δB + δAδB – 1 = δA + δB
22.metoda różniczki zupełnej
δY = (A / AB) · B · δA + (B / AB) · A · δB = δA + δB
23.metoda logarytmowania
ln Y = ln A + ln B
dY / Y = (dA / A) + (dB / B)
ΔY / Y = (ΔA / A) + (ΔB / B)
δY = δA + δB
7. Metody eliminacji błędów systematycznych (niepewność typu β) w pomiarach bezpośrednich.
•zwiększenie nakładów finansowych na pomiar •wprowadzenie poprawek do wyników pomiarów •odpowiedni dobór parametrów konstrukcyjnych narzędzi pomiarowych •kompensacja błędów za pomocą dodatkowych elementów korekcyjnych •stosowanie metody podstawieniowej stosowanie metody przeciwnych znaków.
8. Co to są warunki znamionowe i jakie są skutki ich nie przestrzegania.
Warunki znamionowe – wartości odniesienia wielkości wpływających na przyrząd (lub przetwornik). Dotrzymanie warunków znamionowych oznacza, że przyrząd lub przetwornik pomiarowy spełnia określone wymagania dokładności. Przykładowo, warunki znamionowe mierników elektromechanicznych wg polskich norm są następujące:
temperatura pracy – 23ºC
wilgotność względna – 40 – 60%
częstotliwość np. 50 Hz
brak zewnętrznych pól magnetycznych.
9. Budowa lampy oscyloskopowej i podstawowe regulacje: ostrość, jasność, astygmatyzm, przesuwanie plamki po ekranie.
Lampa oscyloskopowa składa się z 3
podstawowych części: wyrzutni elektronowej, układu odchylającego strumień elektronów i ekranu. Wyrzutnią elektronową jest katoda tlenkowa K żarzona pośrednio. Siatka sterująca S, zwana cylindrem Wehnelta, oraz dwie anody cylindryczne A1 i A2 tworzą tzw. Soczewkę elektronową.
10. Budowa oscyloskopu analogowego. Omów rolę podzespołów: synchronizacja i poziom Wyzwalania.
Są najbardziej uniwersalne mierzą wszystkie parametry elektryczne lub nieelektryczne zamienione na sygnał elektryczny. Analogowe działają w paśmie 0 – 200 Hz. Zapis na lampie za pomocą elektronów 10 Mhz rejestrowane w czasie rzeczywistym. Ekran pokryty warstwa luminoforu. Anody A1 i A2 w lampie oscyloskopowej tworzą soczewkę elektronową, która łączy elektrony w wąski strumień. Gdy obraz przelub ssuwa się, to oscyloskop nie ma synchronizacji. Obraz jest stabilny, gdy częstotliwości są równe ą krotnością.
11.Budowa oscyloskopów cyfrowych.
Właściwości. Możliwości pomiarowe. Oscyloskop cyfrowy należy do nowej generacji przyrządów pomiarowych o ogromnych możliwościach, ograniczonych głownie maksymalną szybkością pracy przetworników analogowocyfrowych i pamięci. Przebiegi zapamiętywane są w pamięci połprzewodnikowej w postaci cyfrowej. Sygnał analogowy jest przetwarzany na postać cyfrową przez szybkie przetworniki A/C. W celu odtworzenia przebiegu na ekranie, sygnał jest zamieniany z powrotem na postać analogową w przetwornikach C/A. Ponieważ na jego wyjściu otrzymuje się obraz punktowy, sygnały są interpolowane w generatorze wektorowym. Oscyloskop cyfrowy posiada rownież możliwość pracy z zew wyzwalaniem podstawy czasu. Mikroprocesor steruje pamięcią zapewnia komunikację z urządzeniami zewnętrznymi. Oscyloskopy cyfrowe umożliwiają obserwacje przebiegu przed wyzwoleniem cyfrowej podstawy czasu, automatyczny pomiar rożnych parametrow obserwowanego sygnału takich jak wartości chwilowej, szczytowej, międzyszczytowej, czasu narastania impulsu, jego szerokości, okresu, częstotliwości (dochodzących do 10GHz), prawdziwej wartości skutecznej TRMS, zapamiętywanie wielu rożnych przebiegow z transmisją do urządzeń zewnętrznych (komputer, drukarka), porownywanie rożnych przebiegow oraz wykonywanie operacji matematycznych na sygnałach, jak na przykład ich sumowanie, odejmowanie, mnożenie, całkowanie itp.
12.Wyjaśnić na czym polega przetwarzanie analogowo- cyfrowe sygnałów. Co to jest próbkowanie i kwantowanie sygnału? Jak się je realizuje?
Przetwarzanie analogowo-cyfrowe polega na zamianie sygnału analogowego (ciągłego) na sygnał dyskretny reprezentowany przez ciąg liczb. Przetwarzania analogowo-cyfrowego dokonuje się przez probkowanie i kwantowanie sygnału analogowego. Probkowanie polega na pobieraniu w określonych odstępach czasu probek sygnału analogowego, tak że ciąg probek jest dyskretną w czasie reprezentacją sygnału analogowego. Kwantowanie natomiast polega na przyporządkowaniu każdej wartości sygnału pewnej wartości liczbowej. Ze względu na to, że pobieramy skończoną ilość probek i każdej z nich przyporządkowujemy wartość ze skończonej liczby możliwych wartości nieuniknione są błędy dyskretyzacji. Błędem kwantowania nazywamy rożnicę między wartością pierwotną sygnału, a wartością skwantowaną. Przetwarzania analogowo-cyfrowego dokonuje się za pomocą przetwornikow analogowo-cyfrowych, w ktorych na wejście podajemy sygnał analogowy, a na wyjściu otrzymujemy jego reprezentację liczbową. Wyrożniamy kwantowanie równomierne (wolne) i wagowe (szybkie).
13.Budowa i właściwości częstościomierzy i czasomierzy cyfrowych.
Podstawą miernictwa cyfrowego jest zliczanie liczby N impulsow pojawiających się w pewnym przedziale czasu. Cyfrowy pomiar częstotliwości polega na zliczaniu liczby okresow sygnału o częstotliwości mierzonej fx we wzorcowym przedziale czasu. Czas ten jest nazywany czasem bramkowania. Sygnał o nieznanej częstotliwości fx po uformowaniu w układzie kształtującym jest doprowadzany do bramki B otwartej przez pewien czas. Impulsy z wyjścia bramki są zliczane przez licznik. Zawartość licznika jest wyświetlana bezpośrednio jako wynik pomiaru częstotliwości. Impulsy bramkujące są uzyskiwane z generatora kwarcowego i szeregu dzielnikow częstotliwości. Zadaniem układu kształtującego jest przekształcenie sinusoidalnego sygnału wejściowego w ciąg krotkich impulsow pojawiających się w odstępach czasu rownych okresowi sygnału wejściowego. W miarę zmniejszania częstotliwości mierzonej rośnie błąd, dlatego do pomiaru mniejszych częstotliwości stosowana jest metoda oparta na pomiarze okresu. Bramka w tym układzie jest otwierana na czas rowny okresowi sygnału o mierzonej częstotliwości, a zliczane są impulsy pochodzące z generatora.
14. Budowa i właściwości fazomierzy cyfrowych. Zasada działania fazomierzy cyfrowych polega na przetworzeniu mierzonego przesunięcia fazy na odstęp czasu i jego pomiar. Napięcia, między którymi mierzone jest przesunięcie fazy, są doprowadzane do wejść fazomierza. Z przebiegow sinusoidalnych zostają ukształtowane dwa ciągi impulsow przesuniętych względem siebie w czasie o odcinek zależny od przesunięcia fazy. Impulsy te sterują przerzutnikiem dwustabilnym wytwarzającym impuls bramkujący. W czasie otwarcia bramki licznik zlicza impulsy generatora częstotliwości wzorcowej. W pozycji 1 przełącznika czas trwania impulsu bramkującego jest rowny okresowi napięć wejściowych. W pozycji 2 czas bramkowania jestokreślony przez kąt przesunięcia fazy między napięciami wejściowymi.
15. Budowa i zasada działania woltomierzy o cyfrowym przetwarzaniu kompensacyjnym. 9
Woltomierz cyfrowy o przetwarzaniu kompensacyjnym składa się z przetwornika cyfrowoanalogowego, komparatora porownującego wejściowe napięcie mierzone i napięcie wyjściowe z przetwornika C/A, wzorcowego napięcia odniesienia dla przetwornika C/A i układow sterujących i wyświetlających wynik pomiaru. Działanie polega na kompensowaniu napięciaprzetwarzanego Ux za pomocą napięcia kompensującego Uk, w taki sposob, aby rożnicę tych napięć sprowadzić w przypadku idealnym do zera. W praktyce rożnicę napięć doprowadza się do pewnej minimalnej wartości, wynikającej z rozdzielczości przetwornika. Istnieją dwie odmiany tej metody, rożniące się przebiegiem napięciakompensującego. W metodzie kompensacji wagowej kolejne przyrosty napięcia Uk odpowiadają wagom poszczegolnych bitow kodu, a więc zmieniają się w stosunku dwukrotnym. W metodzie kompensacji rownomiernej rownoważenie odbywa się zapomocą rownomiernych przyrostow napięcia Uk odpowiadających kwantowZprzetwarzania.
16. Budowa i zasada działania woltomierzy o cyfrowym podwójnym całkowaniu
W pierwszej fazie przetwarzania przełącznik dołącza napięcie przetwarzane Ux do wejścia układu całkującego (integratora) w pozycji 1. Jednocześnie układ sterujący powoduje, Se licznik zaczyna zliczać impulsy pochodzące z generatora impulsow wzorcowych. Na wyjściu integratora pojawia się liniowo narastające napięcie, ktore po czasie t1 osiągnie pewien poziom. Czas t1 jest wyznaczony przez licznik, ktory w tym czasie zmienia zawartość od zera do wartości maksymalnej Nmax. W chwili t1 kończy się pierwsza, a rozpoczyna druga faza przetwarzania. Przełącznik dołącza do wejścia integratora napięcie wzorcowe –Uw o polaryzacji przeciwnej do napięcia wejściowego w pozycji 2, natomiast licznik ponownie rozpoczyna zliczanie impulsow z generatora do zera. Po upływie czasu t2 następuje zmiana stanu komparatora spowodowana osiągnięciem poziomu zerowego przez napięcie wyjściowe integratora i proces się kończy, a licznik ...