1.Jakimi cechami powinno się charakteryzować narzędzie pomiarowe ?

Parametry charakteryzujące właściwości przyrządów pomiarowych

1. Nazwa przyrządu określa:

1. rodzaj mierzonej wielkości, np. amperomierz, woltomierz, ciśnieniomierz, czasomierz, pH-metr itd.;

2. zasadę pomiarową; np. termometr szklany, amperomierz magnetoelek-tryczny, woltomierz cyfrowy całkujący, ciśnieniomierz sprężynowy, pH-metr z elektrodą szklaną itd.; zasada pomiarowa to zjawisko fizyczne stanowiące podstawę pomiaru;

3. metodę pomiarową; np. kompensator automatyczny, woltomierz cyfrowy całkujący, mostek Wheatstone'a itd.; metoda pomiarowa to sposób porów­nywania wielkości mierzonej i wielkości wzorcowej zastosowany w pomia­rze; nazwa określa metodę pomiarową zwykle w sposób pośredni na pod­stawie znajomości stosowanych zasad i metod.

2. Zakres pomiarowy przyrządu to zbiór wartości wielkości wzorco­wej, odtwarzany przez przyrząd, scharakteryzowany przez kres dolny i kres gór­ny zbioru. Przyrząd możemy zastosować do pomiaru wielkości x wówczas, gdy wartość tej wielkości mieści się w zakresie pomiarowym przyrządu.

3. Klasa niedokładności przyrządu jest to umowne oznaczenie jednej z właściwości metrologicznych przyrządu. Klasa niedokładności to umownie przyjęta wartość błędu dopuszczalnego w dowolnym punkcie zakresu pomiaro­wego przyrządu w warunkach odniesienia, przy czym błąd ten, podany w pro­centach, jest odniesiony do długości zakresu pomiarowego przyrządu. Umownie przyjęto następujące wartości błędu dopuszczalnego: 0,1%; 0,2%; 0,5%; 1,0%; 1,5%; 2,5%; 5% i klasy oznaczono odpowiednimi liczbami: 0,1; 0,2; ...; 2,5; 5 .

Klasa niedokładności charakteryzuje błędy systematyczne i przypad­kowe w warunkach odniesienia, tzn. w umownie przyjętych warunkach ze­wnętrznych, np. położenie przyrządu, temperatura otoczenia, napięcie zasilania itd. Na przykład ciśnieniomierz sprężynowy jest klasy 0,5 w warunkach: położe­nie pionowe, temperatura 20±2°C. Warunki odniesienia dlatego muszą być okre­ślone, aby było wiadomo, w jakich warunkach są zdefiniowane właściwości me­trologiczne przyrządu.

4. Błędy dodatkowe przyrządu są to błędy wskazania, występujące przy stosowaniu przyrządu w warunkach odmiennych od warunków odniesienia. Jeśli w danych warunkach błąd wynosi A, a w warunkach odniesienia A₀, to błąd dodatkowy

5. Właściwości dynamiczne przyrządu określają zdolność przyrządu do dokonywania pomiaru wielkości zmieniających się w czasie. Właściwości dynamiczne przyrządów działających cyklicznie z taktem wewnętrznym są okre­ślone okresem taktu. Dla przyrządów działających w sposób ciągły istnieje kilka definicji; zwykle właściwości te są podawane w warunkach technicznych lub normach w sposób uproszczony.

6. Rezystancja wejściowa (wewnętrzna) charakteryzuje obciążenie źródła wielkości mierzonej przez przyrząd lub, inaczej, charakteryzuje oddziały­wanie przyrządu na źródło wielkości mierzonej, co może powodować zmianę wartości wielkości mierzonej. W przyrządach do pomiaru wielkości zmiennych w czasie lub przyłączanych do źródła wielkości mierzonej na chwilę, np. wolto­mierze cyfrowe, oddziaływanie przyrządu charakteryzuje impedancja lub pojem­ność wejściowa.

7. Niezawodność przyrządu jest to właściwość charakteryzująca speł­nianie funkcji celu przez przyrząd. Inaczej, niezawodność jest to prawdopodo­bieństwo bezbłędnego wykonania określonej czynności w ustalonych, dopusz­czalnych granicach parametrów, w określonych warunkach i w określonym czasie. Miarą niezawodności jest intensywność uszkodzeń.

8. Inne właściwości przyrządu to: parametry sygnałów wyjściowych, od których zależy możliwość współpracy z innymi urządzeniami, parametry zasi­lania (napięcia, ciśnienia), gabaryty, tzn. wymiary i masa, właściwości ergono­miczne, tzn. dostosowanie do obserwatora, właściwości estetyczne i inne, będące przedmiotem specjalnych ustaleń między odbiorcą a dostawcą przyrządu.

2.Narzędzia pomiarowe - klasyfikacja.

Klasyfikacja narzędzi pomiarowych:

1.Wzorce - odtwarzają jednostki miary, powinny być niezmienne w czasie, odtwarzalne, dokładne i wygodne w stosowaniu. Nie są używane w bezpośrednim porównaniu służą do skalowania przyrządów pomiarowych i przetworników.

2.Przyrządy pomiarowe narzędzia przeznaczone do pomiaru wielkości mierzonej z określoną dokładnością. Dzielą się na:

I. Podział ze względu na sposób przekazywania wyniku

- Analogowe- wskazówka na tle podziałki

- Cyfrowe-pole odczytowe

II. Podział ze względu na funkcje

- Mierniki- przyrządy wzorowane na jednostkach miary wielkości nieoznaczonej

- Rejestratory- umożliwiają zapis wartości wielkości mierzonej w funkcji innej wielkości

- Liczniki- zliczają wartość wielkości mierzonej w pewnym odcinku czasu

- Detektory zera- służą do wykrywania istnienia lub zaniku pewnej wielkości fizycznej

3.Przetworniki pomiarowe

- Przetworniki analogowo - analogowe A/A- przetwarzanie wielkości fizycznej lub parametrów sygnału

- Przetworniki analogowo - cyfrowe A/C i cyfrowo - analogowe C/A - zmiana charakteru sygnałów, postać ciągła, postać dyskretna

Przetworniki cyfrowo - cyfrowe C/C - przetwarzanie wielkości numerycznych.

3.Na przykładach wyjaśnij zasadę działania kompensacyjnej metody pomiarowej.

Metody kompensacyjne służą do pomiaru napięcia lub do pośredniego pomiaru innych wielkości przetworzonych uprzednio w napięcie. W metodzie tej nieznaną wartość napięcia mierzonego U porównuje się nastawioną dokładnie znaną wartość wzorcową Uw, wytworzoną za pomocą kompensatora. Układ pomiarowy doprowadza się do równowagi przez zmianę wartości Uw, a w chwili równowagi (gdy Ig=0) zachodzi równość U=Uw.

Dokładność pomiaru U zależy od dokładności określenia wartości Uw oraz od dokładności porównania (czułość wskaźnika równowagi). Szczególnie ważną zaletą metod kompensacyjnych jest to, że w chwili zrównoważenia układu przez źródło badane nie płynie prąd (Ig=0), nie ma zatem systematycznego metody, wynikającego ze spadku napięcia w rezystancji wewnętrznej źródła Rw.

Metodę nazywamy kompensacyjną wówczas, gdy w procesie porównywania wielkość wzorcowa przeciwdziała wielkości mierzonej i kompensuje jej fizyczne działanie na detektor, a tym sa­mym na przyrząd pomiarowy. Przy pomiarze metodą kompensacyjną następuje bezpośrednie porównywanie wielkości mierzonej ze wzorcową. W stanie rów­nowagi (1.24) fizyczne działanie obu wielkości na detektor jest jednakowe i przeciwnie skierowane, następuje skompensowanie działania, dzięki czemu żadna z wielkości nie wydatkuje energii. W tym stanie przyrząd nie pobiera ze źródła wielkości mierzonej energii; jest to cecha charakterystyczna metody kom­pensacyjnej. W stanie nierównowagi w<x fizyczne działanie wielkości mierzo­nej na przyrząd jest nieskompensowane - przyrząd pobiera energię ze źródła X wielkości mierzonej x. Gdy w > x, wówczas jest stan przekompensowania, ener­gię wydatkuje źródło wielkości wzorcowej. Kompensację fizycznego działania wielkości możemy przeprowadzić tylko wówczas, gdy wielkość x jest nośnikiem energii. Dlatego metodą kompensacyjną możemy mierzyć tylko wielkości rodza­ju uogólnionej siły lub uogólnionej prędkości. Wielkości rodzaju uogólnionej rezystancji nie możemy wprost mierzyć metodą kompensacyjną. Przykładem przyrządu, gdzie jest zastosowana metoda kompensacyjna, jest waga analityczna (rys. 1.11). Za pomocą dźwigni dwuramiennej kompensujemy siłę ciężkości.

4.Na przykładach wyjaśnij zasadę działania komparacyjnej metody pomiarowej.

W metodzie komparacyjnej porównujemy bez­pośrednio wielkość mierzoną x z wielkością wzorcową w za pomocą dodatko­wego zbioru liczbowego K X-K*Xw=0; zbiór ten zwielokrotnia lub zmniejsza wielkość wzorcową w. Badając różnicę x - wk i sprowadzając ją do zera przez regulację k albo w otrzymamy wynik

Przyrząd pomiarowy zbudowany według metody komparacyjnej zawiera jeden zespół funkcjonalny więcej, zespół odtwarzający zbiór liczbowy K, który komplikuje budowę przyrządu pomiarowego.

Koncepcja i praktyczne znaczenie komparatorów polega na zastosowa­niu wzorca odtwarzającego tylko jedną wartość wielkości w, tzw. wzorca jednomiarowego, oraz na zastosowaniu prostych i o dużej dokładności urządzeń odtwarzających zbiór K. Metodę komparacyjną zilustrujemy na przykładzie wagi dwuramiennej. Wagę, przedstawioną na rys. 1.11, możemy równoważyć, zmie­niając punkt podparcia dźwigni, wskutek czego zmienia się stosunek długości ramion r\lr₂ — k. Wag takich nie buduje się.

Przykładem metody komparacyjnej jest mostek Wheatstone'a z drutem ślizgowym

5.Na przykładach wyjaśnij zasadę działania metody koincydencji i metody podstawieniowej.

W metodzie koincydencyjnej - porównanie wielkości mierzonej nie występuje jednocześnie, a na podstawie jednakowych skutków wywołanych w detektorze (zegar).

metoda podstawieniowa - porównanie wielkości mierzonej X z wielkością Xw, ale nie bezpośrednio, stosuje się zamianę wielkości mierzonej na wzorcową w taki sposób aby skutki wywołane przez nią były takie same. Niedokładność met. podstawieniowej może wzrosnąć na skutek np. dużego tarcia w mierniku, niestaranności odczytu nachylenia, błędu paralaksy itp.

Metoda podstawieniowa. W metodzie podstawieniowej następuje po­równanie wielkości mierzonej x z wielkością wzorcową w, ale nie jest to porów­nanie bezpośrednie i równoczesne. W pomiarze badamy wielkość y, będącą efektem zjawiska zależnego od wielkości x według związku y ~f(x).

Klasyczny opis metody podstawieniowej jest następujący. W chwili T\ do przyrządu doprowadza się wielkość mierzoną x i odczytuje wskazanie y. Na­stępnie w chwili Ti do przyrządu doprowadza się wielkość wzorcową w i tak zmienia się tę wielkość, by osiągnąć wskazanie y(w) = y(x). Ponieważ obie war­tości wielkości y, jedna przy podstawieniu x, druga przy podstawieniu w, są jed­nakowe, więc stan równowagi ma postać

Działanie metody podstawieniowej możemy także objaśnić na przykła­dzie wagi analitycznej wg rys. 1.11. Na lewą szalkę dajemy mierzoną masę x i wagę równoważymy dowolną nieznaną masą w. Pozostawiając na prawej szalce masę w, zdejmujemy z lewej szalki masę x i podstawiamy na jej miejsce znaną masę wzorcową w. Zmieniając tę masę doprowadzamy wagę do stanu równo­wagi, co oznacza, że x = w. Taki sposób ważenia jest stosowany wówczas, gdy podejrzewamy, że waga jest nierzetelna, tzn. ramiona wagi nie są równe. Wynik pomiaru metodąpodstawieniowąnie zależy od długości ramion wagi.

6.Jednostki miar w układzie SI. Hierarchia wzorców.

Obecnie jest stosowany międzynarodowy układ jednostek, zwany układem SI. Odróżnia się od innych stosowanych dotychczas układów tym, że obejmuje wszystkie dziedziny nauki i techniki. Równocześnie nastąpiły zasadnicze zmiany definicji wzorców podstawowych jednostek miar. Układ zawiera siedem jedno­stek podstawowych:

1. Jednostka długości - metr (m)
2. Jednostka masy - kilogram (kg)
3. Jednostka czasu - sekunda (s)
4. Jednostka natężenia prądu elektrycznego - amper (A)
5. Jednostka temperatury termodynamicznej- kelwin (K)
6. Jednostka światłości - kandela (cd)
7. Jednostka ilości materii - mol (mol)

Jednostki podstawowe uzupełniaja dwie jednostki miary kątów:

1. Jednostka kąta płaskiego - radian (rad)
2. Jednostka kąta bryłowego - steradian (sr)

Stosowanie międzynarodowego układu jednostek miar daje szereg prak­tycznych korzyści. Jest to przede wszystkim spójny układ jednostek. W układzie spójnym definicje wszystkich jednostek zawierają współczynniki liczbowe rów­ne jedności.

Podstawowe jednostki miary i wzorce definicyjne tych jednostek

1. Metr jest to długość równa drodze, jaką przebywa w próżni światło w czasie 1/299792458 s. Definicja ta opiera się na ustaleniu, że prędkość światła w próżni wynosi dokładnie 299 792458 m/s. Do odtwarzania jednostki miary można używać promieniowania o różnej długości fali. Nowa definicja obo­wiązuje od 1983 r. i umożliwia zmniejszenie niedokładności miary dziesię­ciokrotnie^.

2. Kilogram jest masą międzynarodowego wzorca przechowywanego w Między­narodowym Biurze Miar w Sevres pod Paryżem. Wzorzec, wykonany ze sto­pu platynowo-irydowego, zapewnia odtwarzanie z niedokładnością poniżej 2 • 1(T⁹.

3. Sekunda jest trwaniem 9192 631770 okresów promieniowania, odpowia­dającego przejściu między dwoma poziomami nadsubtelnymi podstawowe­go stanu atomu cezu 133. Wzorcem jest zegar atomowy o niedokładności rzędu 10~¹².

4. Amper jest natężeniem prądu elektrycznego nie zmieniającego się, który płynąc w dwóch równoległych prostoliniowych, nieskończenie długich prze­wodach o znikomo małym przekroju okrągłym, umieszczonych w próżni w odległości 1 m jeden od drugiego, wywołuje siłę między przewodami 2 • 1CT⁷ N na każdy metr długości. Wzorcem jest waga prądowa, za pomocą której mierzy się siłę między dwiema cewkami. Zastąpienie przewodów pro­stoliniowych cewkami jest podyktowane względami praktycznymi, przy czym dla cewek wprowadza się poprawki ustalone w drodze teoretycznej. Niedokładność wzorca wynosi ok. 10~⁵.

5. Kelwin jest 1/273,16 częścią temperatury punktu potrójnego wody. Jest to definicja jednostki miary temperatury termodynamicznej, której punkt początkowy wynosi 0 K. Ze względu na trudność odtwarzania skali termodynamicz­nej stosuje się Międzynarodową Skalę Temperatury. Ostatnie ustalenia pocho­dzą z 1990 r. i skalę tę nazywa się MST90 (International Temperaturę Scalę -ITS90). Jednostką tej skali jest kelwin albo stopień Celsjusza, zależnie od przy­jętego punktu zerowego. Jeden stopień Celsjusza jest równy kelwinowi. Temperatura wyrażona w stopniach Celsjusza równa się 6= T- 273,15, gdy ta sama temperatura w kelwinach wynosi TK. (Punkt potrójny wody ma temperaturę 0,01°C, podczas gdy punkt 0°C jest punktem równowagi między lodem i wodą.)

Do odtwarzania Międzynarodowej Skali Temperatury z 1990 r. przyjęto punkty stałe, nadając im wartości liczbowe. Punkty stałe mają różną niedo­kładność odtwarzalności od 0,0001 K dla punktu potrójnego wody do około 0,01 K dla punktu krzepnięcia złota.

Ustalono ponadto zjawiska fizyczne i warunki ich stosowania, które od­twarzają Międzynarodową Skalę Temperatury dla wartości pośrednich. W za­kresie temperatur od punktu potrójnego wodoru (13,8 K) do punktu krzepnię­cia srebra (961,8°C) wzorcem jest termometr rezystancyjny z platyny o bardzo dużej czystości. Odtwarzalność tego wzorca wynosi około 1 mK.

Jednostka temperatury układu SI jest oparta na dwojakich wzorcach: prawach termodynamiki i wzorcach praktycznych. Skala termodynamiczna ma znaczenie podstawowe; jest stosowana w zagadnieniach teoretycznych i doświadczeniach o największej dokładności.

Przybliżeniem skali termodynamicznej jest Międzynarodowa Skala Temperatury. Odtwarzalność MST jest lepsza niż skali termodynamicznej.

6. Kandela jest natężeniem światła (w określonym kierunku) źródła, które emi­tuje monochromatyczne promieniowanie o częstotliwości 540 ■ 10¹² Hz i któ­re ma natężenie promieniowania w tym kierunku równe 1/683 W/sr. Wzorcem jest ciało spełniające warunki podane w definicji. Niedokładność odtwarzania tej jednostki jest rzędu 10~³. Powyższa definicja kandeli obowiązuje od 1979 r.

7. Mol jest ilością substancji układu, zawierającego liczbę cząsteczek lub czą¬stek równą liczbie atomów zawartych w 0,012 kg dokładnie czystego nuklidu węgla l2C. Wymiarem tej jednostki jest niemianowana liczba naturalna [N]

7.Podąj definicję błędu bezwzględnego i względnego pomiaru. Co to jest poprawka ? Co to jest niepewność pomiaru ?

Błąd bezwzględny. Błędem nazywamy różnicę między daną wartością a wartością poprawną tej samej danej wartości. Mówiąc o błędzie dodajemy jego określenie, np. błąd wskazania przyrządu A jest to różnica wartości wskazanej przez ten przyrząd i wartości poprawnej wielkości mierzonej. Może być błąd wyniku, danych, błąd wykonania, wyznaczenia, obliczenia itd. Zazwyczaj z sytuacji lub miejsca użycia tego pojęcia wynika określenie błędu.

W różnicy odjemną jest dana wartość, a odjemnikiem wartość po­prawna. Błąd bezwzględny ma znak plus lub minus i jest wyrażony w jednost­kach danej wielkości. Ważny jest także znak błędu, dlatego zawsze wartość po­prawna jest odjemnikiem. Znak + błędu oznacza za duże wskazania przyrządu (i korzyść sprzedawcy ważonego towaru), znak - oznacza za małe wskazania (i stratę sprzedawcy). Wartość poprawna jest pojęciem abstrakcyjnym, gdyż zwykle wartości poprawnej nie znamy. W rozmaitych wypadkach (sytuacjach) wartość poprawną ustala się według odpowiednich reguł praktycznych.

W metrologii błędem bezwzględnym nazywa się różnicę pomiędzy wartością zmierzoną (x), a wartością dokładną (v).

Δ = x − v

Pomiar wartości mierzonej dokonywany jest za pomocą przyrządu pomiarowego (np. woltomierz, amperomierz, suwmiarka itp.), a więc zawsze obarczony błędem pomiaru.

Wartość dokładna może być z góry dana np. jako parametr w procesie technologicznym, jako wynik teoretycznych obliczeń lub średnia wzięta z dużej liczby pomiarów. Może to być również wynik pomiaru przyrządem charakteryzującym się znacznie większą dokładnością.

Wartość błędu może zostać również policzona według podanej klasy miernika analogowego. Błąd bezwzględny zawsze wyrażony jest w jednostkach wartości mierzonej i może przyjmować znak plus lub minus.

Poprawka

Wartość przeciwna błędu bezwzględnego, tzn. − Δ, nazywana jest poprawką - nazwa wzięła się stąd, że po dodaniu poprawki do wyniku pomiaru x otrzymuje się wartość dokładną.

Błąd względny jest to iloraz błędu bezwzględnego i wartości poprawnej wielkości

błąd względny to iloraz modułu błędu bezwzględnego i wartości dokładnej (v).

, x — wartość mierzona

Błąd względny jest bezwymiarowy, najczęściej wyrażany w procentach
. Służy głównie do oceny dokładności przyrządów pomiarowych pracujących na różnych zakresach pomiarowych.

Niepewność pomiaru - ryzyko uzyskania błędnego wyniku w pomiarze, charakteryzujące rozrzut wartości (szerokość przedziału), który można w uzasadniony sposób przypisać wartości mierzonej i wewnątrz którego można z zadowalającym prawdopodobieństwem usytuować wartość wielkości mierzonej.

Niepewność pomiaru składa się zazwyczaj z wielu składników. Niektóre z nich wyznacza się na podstawie rozkładu statystycznego wyników wielu pomiarów, charakteryzowanego odchyleniem standardowym. Pozostałe składniki, które można również charakteryzować odchyleniami standardowymi, szacuje się na podstawie zakładanych rozkładów prawdopodobieństwa, znanych z doświadczenia lub innych informacji.

8.Jakie znasz metody obliczania błędów systematycznych przy pomiarach pośrednich.

Wyjaśnij je na przykładzie , np. Y=AB .

Błąd jest systematyczny wówczas, gdy przy wielokrotnym wykonywa­niu pomiaru tej samej wartości wielkości w niezmiennych warunkach wskazanie przyrządu osiąga jedną i tę samą wartość lub zmienia się według ściśle określo­nego, znanego prawa. Wartość błędu systematycznego w chwili pomiaru potra­fimy ustalić. W różnych punktach podziałki wartość błędu może być inna, tzn.

wartość błędu systematycznego zależy od wartości x wielkości mierzonej. Przy­czyną błędu systematycznego może być np. niedokładne narysowanie podziałki.

Przykład. Prostym przykładem wielkości mierzonej pośrednio jest powierzchnia Y=AB prostokąta o bokach A i B, które mierzymy bezpośrednio za pomocą linijki

Z błędem systematycznym mamy do czynienia, gdy przy powtarzaniu pomiarów występuje ta sama różnica pomiędzy wartościami zmierzonymi a wartością rzeczywistą (lub tablicową). Wynikać ona może ze stosowania niedokładnych wzorców, np. nieco za dużego przymiaru metrowego (błędne wzorce). Również źle skalibrowane przyrządy typu woltomierza, wagi itp. mogą dawać pomiary obarczone błędem systematycznym.

Inne błędy systematyczne to:

• błędy przybliżenia - gdy świadomie upraszczamy sytuację fizyczną np. stosujemy uproszczone wzory (np. na wahadło matematyczne)

• błędy przeoczenia - występują przez działanie czynników uznanych za nieistotne, np. opóźnienie reakcji włączenia stopera, błąd paralaksy (odczytywanie pomiarów z mierników pod pewnym kątem a nie „na wprost”)

9.Metody eliminacji błędów systematycznych ( niepewności typu B ) w pomiarach bezpośrednich.

Błąd systematyczny przy wielokrotnym powtarzaniu pomiarów tej samej wielkości w warunkach praktycznie niezmiennych pozostaje stały lub zmienia się według określonego prawa wraz ze zmianą warunków.

Praktycznie niezmienne warunki:

• pomiary przeprowadzane są tą samą metodą,

• pomiary przeprowadza się tym samym przyrządem pomiarowym,

• pomiary przeprowadza ten sam obserwator,

• pomiary przeprowadzane są w tym samym miejscu,

• pomiary powtarzane są w krótkich odstępach czasu,

• podczas wykonywania pomiarów panują te same warunki zewnętrzne (temperatura, ciśnienie, wilgotność, oświetlenie,....).

Eliminacja błędu systematycznego:

• usunięcie źródeł błędu;

• wprowadzenie poprawek do wyniku pomiarów:

• obliczonych,

• wyznaczonych doświadczalnie (pomiary różnymi metodami).

Rodzaje błędów systematycznych (przykłady):

• błąd temperaturowy;

• błąd odkształceń sprężystych (np. przy pomiarze długości);

• błąd metody (np.pomiar oporu metodą jednoczesnego pomiaru prądu i spadku potencjału układ dokładnego pomiaru prądu albo układ dokładnego pomiaru spadku potencjału);

• błąd odczytu przyrządu (paralaksa, interpolacja, błąd kwantowania);

• błąd histerezy (spowodowany np. tarciem, albo luzami części ruchomych)

• dokładność przyrządu

Przykład 8 (eliminacja błędu temperaturowego):

Przyjmuje się, że podawane wymiary przedmiotów odpowiadają temperaturze
C.

Pomiar wykonano w temperaturze
C
otrzymano wynik

Wartość poprawiona
,

gdzie
to współczynnik rozszerzalności temperaturowej mierzonego przedmiotu,
- współczynnik rozszerzalności temperaturowej przyrządu pomiarowego (linijki, tamy mierniczej..),
- temperatura przedmiotu,
temperatura przyrządu.

Niepewność poprawionego wyniku obliczamy korzystając z prawa propagacji małych błędów:

gdzie
oznacza niepewność odpowiedniej wielkości.

10.Elektroniczne wzorce napięć stałych.

Wzorcowe ogniwo nasycone Westona (jest wzorcem napięcia). Umieszczone w szklanym naczyniu w kształcie przypominającym literę H. Ma osłonę chroniącą przed uszkodzeniami mechanicznymi oraz zmianami temperatury. Podczas eksploatacji ogniw wzorcowych należy przestrzegać zasad: po transporcie nie można używać przez kilka dni, należy przechowywać w termostacie, gdyż ustalenie się siły elektromagnetycznej po zmianie trwa długo.

Ogniwo wzorcowe można obciążyć krótkotrwale prądem o wartości mniejszej niż 1 ...... . Przekroczenie tej wartości powoduje zmianę siły elektromagnetycznej na czas tym dłuższy, im większy prąd przebiegał oraz im dłużej trwał.

W Polsce wzorcami odniesienia napięcia stałego są ogniwa chemiczne o konstrukcji zaproponowanej przez E. Westona. Budowane są dwa typy ogniw nasycone i nienasycone.

Ogniwo Westona nasycone mieści w szklanym naczyniu w kształcie litery H. Elektrodami ogniwa są druty platynowe wtopione w ramiona. Biegunem dodatnim ogniwa jest rtęć (Hg), biegunem ujemnym- amalgamat kadmu (Cd-Hg), a elektrolitem- nasycony roztwór siarczanu kadmowego (CdSo4).

Zaletą ogniwa Westona nienasyconego jest mała zależność od zmian temperatury. W zakresie temperatur od 10C do 30C zmiana ta nie przekracza +- 100 uV zletą są jeszcze niewielka rezystancja wewnętrzna oraz duży dopuszczalny prąd pobierany.

Elektroniczne źródła napięć wzorcowych są stosowane w pomiarach laboratoryjnych i przemysłowych. Są praktycznie nieczułe na wstrząsy i można je wbudowywać do przyrządów przenośnych. Źródła elektroniczne o wartości nastawionej w granicaach  0..100V  z  dokł.

+-0,01 ...+- 0,005% wartości nastawionej , przy czym dopuszczalne obciążenie wynosi od kilkudziesięciu do kilkuset miliamperów. Błąd spowodowany zmianą temp. o 1 K jest mniejszy niż +- 0,0003%.

Kolejnym przyrządem pomiarowym napięcia wzorcowego jest krzemowa dioda Zenera. W zakresie napięć dodatnich dioda ta jest podobna do innych diod półprzewodnikowych, natomiast w obszarze  napięć ujemnych wykazuje się dużą rezystancją (prąd nie przekracza kilku mA). Tylko w zakresie napięć od zera do charakterystycznej wart. U_2. zwanej napięciem Zenera. Po przekroczeniu tej wartości prąd gwałtownie zwiększa się, przy czym dla prądów J_min  do J_max spadek napięcia na diodzie zmienia się niewiele (ÇU₂ < U₂).

ÇU_zj-bezwzględna zmiana napięcia Zenera przy zmianie temp o 1K

 U_z - napięcie Zenera

Ç_j- bezwzględna zmiana temp.

11.Budowa i właściwości wzorców rezystancji.

Wzorzec światowy - oparty na efekcie Halla.

Wzorzec polski - oporniki nawijane drutem mangeniowym. Budowane w szeregu 1 Ω * 10 ⁿ, gdzie n = - 5 do + 9. wszystkie oporniki wzorcowe budowane są na moc 1 W.

Schemat opornika wzorcowego

Wzorce rezystancji maja postać rezystorów wykon. z drutu, blachy lub taśmy wykonane ze specjalnego mater. oporowego. Wzorce o małej rezystancji mniejszej niż 0,1 p mają konstrukcję samonośną, przymocowane są do zacisków przyłączeniowych. Wzorce o średnich i dużych rezystancjach (0,1 p T  R_w   T 10⁴ p).wykonuje się w drutu oporowego w formie cewek nawiniętych na sztywnych korpusach. Rezystory o największych wartościach rezystancji (U 10⁹ p) mają z konieczności uzwojenia wielowarstwowe często zamknięte hermetycznie dla ochrony przed zawilgoceniem. Zastosowany materiał oporowy musi mieć: rezystywność nie zmieniającą się w czasie , mały współczynnik temperaturowy rezystancji, małą siłę termoelektryczną względem miedzi. Jednym z materiałów stosowanych przy prod. wzorców jest manganin. Po przygotowaniu (kilka cykli wygrzewania)zmienia rezystancję zaledwie o kilka dziesięciotysięcznych % w ciągu roku.

Wzorce rezystancji stosowane w obwodach prądu przemiennego muszą być skonstruowane w taki sposób, aby miały pomijalnie małą indukcyjność i pojemność.

             

Wpływ indukcyjności L i pojemności C na wartość implementacji Z zależy od częstotliwości prądu przemiennego, ale jest tym mniejszy, im mniejsze są wartości L i C. Miarą przydatności rezystora do pracy w obwodach prądu przemiennego jest stała czasowa:

wynosząca dla dobrze wykonanych wzorów 10^-5 ... 10^-8 s.

Wzorce rezystancji przeznaczone do pracy w ukł. prądu stałego i w ukł. prądu przemiennego mają sposób nawijania uzwojenia jednoprzewodowy na płaskiej płytce. Ponieważ zwoje obejmują małą powierzchnię, indukcyjność uzwojenia jest mała.

12. 0mów budowę i właściwości wzorców pojemności. Podaj schematy zastępcze kondensatorów. Zdefiniuj tangens kąta stratności.

Wartość strat w kondensatorze reprezentuje współczynnik stratności, zwany
również tangensem kąta stratności
Tanges kąta stratności:
-dla schematu zastępczego szeregowego:
-dla schematu zastępczego równoległego:
W schemacie zastępczym kondensatora należy uwzględnić rezystancje R, reprezentującą straty na ciepło w przewodach doprowadzających i elektrodach, oraz indukcyjność L przewodów.

Rys. 1. Schematy zastępcze: kondensatora idealnego (a) i kondensatora rzeczywistego - schemat pełny (b), uproszczony równoległy (c) i uproszczony szeregowy (d)

Kondensatory są elementami elektronicznymi posiadającymi zdolność gromadzenia ładunku elektrycznego - wykazują pojemność elektryczną. Pojemność kondensatorów określa w faradach (F), jednak najczęściej w jednostkach wielokrotnie mniejszych: pikofaradach (1pF = 10^-12 F), nanofaradach (1nF = 10^-9 = 1000pF) i mikrofaradach (1ၭF = 1000nF). Również w przypadku wartości kondensatorów stosuje się skróty: 1u - 1ၭF; 1n - 1nF; 1p - 1pF; 2p2 - 2,2pF; 4n7 - 47nF; p2 - 0,2pF.

Trymery zwane jako kondensatory dostrojcze służą do regulacji pojemności od kilku do kilkudziesięciu pikofaradów, (czyli przede wszystkim w zakresie małych pojemności). Stosuje się w obwodach, w których zachodzi potrzeba zmian wartości pojemności w zależności do warunków pracy.

tangens stratności

połączenie równoległe: tgα = Ir/Ic - 1/wRC

połaczenie szeregowe tgα = Ur/Uc = wRC

13.Co oznacza pojęcie klasa miernika analogowego? Jakie znasz klasy mierników? Jaka jest zależność pomiędzy błędem pomiaru a klasą miernika?

Analogowe - mają nieskończenie wiele położeń wskazówki względem podziałki.

Grupy:

* magnetoelektryczne, elektromagnetyczne, elektrodynamiczne, ferrodynamiczne, elektrostatyczne.

Błędy:

* bezwzględny Δ = Ww - Wr

dla mierników np. z podziałką 0 - 10

błąd miernika = Δ / Wmax = (Ww - Wr / Wmax) *100

dla mierników np. z podziałką -1 - +1

błąd miernika = Ww - Wr / Wmin + Wmax

dla mierników nie posiadających zera

błąd miernika = Ww - Wr / Wmax - Wmin

dla mierników np. z podziałką 0 - nieskończoności

błąd miernika = αw - αr / αmax => α - odchylenie

Klasa dokładności - umowne oznaczenie właściwości miernika, a szczególnie jego dokładności. „BŁĄD POMIARU RÓWNY JEST KLASIE MIERNIKA TYLKO W OSTATNIM PUNKCIE POMIARKI”

14.Co to są warunki znamionowe i jakie są skutki ich nie przestrzegania?

- warunki do pracy, do których został przystosowany miernik, takie jak: temperatura, częstotliwość, wilgotność, położenie pracy, brak pól obcych.

Niedotrzymanie warunków znamionowych może wpłynąć negatywnie na pomiary (zwiększyć błędy i niedokładność).

- zmiana temperatury o +/- 10 % nie powinna powodowac błędu większego niż klasa miernika

- zmiana częstotliwości o +/- 10 % nie powinna powodowac błędu większego niż klasa miernika

- zmiana położenia w stosunku do oznaczenia na skali o 5 stopni nie powinna powodowac błędu większego niż klasa miernika

- bład wpływu pól obcych (umieszczenie miernika w polu o indukcyjności 5 mT nie powinna powodowac błędu większego niż klasa miernika).

15.Mierniki magnetoelektryczne. Budowa. Właściwości. Zastosowania.

Mierniki magnetoelektryczne.

I. DZIAŁANIE
Mierniki magnetoelektryczne to przyrządy pomiarowe służące do mierzenia natężenia prądu elektrycznego stałego, w których pomiar odbywa się dzięki wzajemnemu oddziaływaniu pola magnetycznego magnesu trwałego z polem magnetycznym wytworzonym przez mierzony prąd płynący w ruchomej cewce połączonej ze wskazówką. Mierniki te mogą określać też wartości innych wielkości fizycznych przetwarzanych na prąd elektryczny.
Wzajemne oddziaływanie pól tworzy moment obrotowy kompensowany przez moment sił zwrotnych powstających dzięki sprężystemu zastosowaniu cewki. Położenie równowagi momentów sił jest proporcjonalne do natężenia prądu elektrycznego płynącego w cewce.
W miernikach magnetoelektrycznych następuje odchylenie organu ruchomego w wyniku współdziałania pola magnetycznego magnesu i ruchomej cewki, przez którą płynie prąd. Magnes stały z nabiegunnikami wykonanymi ze stali stanowi element nieruchomy miernika. Organem ruchomym jest cewka nawinięta cienkim, izolowanym przewodem miedzianym. Cewka jest umieszczona w taki sposób, aby jej oś obrotu pokrywała się z osią geometryczną szczeliny obwodu magnetycznego. Do cewki przymocowana jest wskazówka, która na tarczy pokazuje wartość mierzonej siły. Jeżeli przez zwoje cewki płynie prąd stały "I", doprowadzony przez spiralne sprężyny, w której pole magnetyczne ma stałą indukcję "B", to zaczyna działać siła "F", której wartość określa się wzorem: F=B I l [N]; gdzie "l" to głębokość zanurzenia cewki w polu magnetycznym. Siła ta działa na obydwa boki cewki, powstaje więc moment napędowy ustroju pomiarowego M=F a. Przy czym "a" oznacz szerokość cewki.
Kąt nachylenia cewki jest proporcjonalny do prądu płynącego w tej cewce i określa się go za pomocą wskazówki przesuwającej się wzdłuż podziałki.

II. ZASTOSOWANIE

. Mierniki magnetoelektryczne prostownikowe są używane powszechnie jako mierniki uniwersalne, tj. woltomierze z przełącznikiem do pomiarów przy prądzie stałym i przemiennym. Bocznik wielozakresowy i opornik szeregowy wielozakresowy są wmontowane w obudowę miernika. Mierniki uniwersalne odznaczają się małym poborem mocy, ale też małą dokładnością

Magnetoelektryczne przyrządy pomiarowe stosuje się jako:

1.Amperomierz - przyrząd służący do pomiaru natężenia prądu elektrycznego. Jego działanie opiera się na pomiarach efektów elektromagnetycznych, cieplnych itp., wywołanych przepływającym prądem. Włącza się go do obwodu elektrycznego szeregowo, w związku z czym istotną cechą jego jest niewielka oporność wewnętrzna, nie wpływająca na wartość mierzonego prądu. Amperomierze klasyfikuje się ze względu na: rodzaj mierzonego prądu (prądu stałego oraz przemiennego które mierzą wartość skuteczną, rzadziej średnią), wartość mierzonego prądu (mikro-, mili-, kilo-amperomierze), konstrukcję (magnetoelektryczny, elektromagnetyczny, cieplny), rodzaj wskazań (analogowy, cyfrowy).

* bezpośrednie - przyrządy mniejsze niż 4 μA to galwanometry w chwili obecnej już nieprodukowane. Teraz w produkcji są mikroamperomierze i miliamperomierze.

* pośrednie - powyżej 25 mA ( miliamperomierze, amperomierze, kiloamperomierze.

W celu zwiększenia zakresu pomiarowego amperomierzabocznikuje się cewkę miernika za pomocą bocznika.

- Amperomierz z wymiennymi bocznikami - budowane sa na określony spadek napięcia. Budowane na prądy 10 A do 1 kΩ

- amperomierze z bocznikiem uniwersalnym - budowane na mniejsze prądy, najwyższy zakres nie przekracza 20 A.

2.Woltomierz - miernik elektryczny służący do pomiaru napięcia, włączany do obwodu elektrycznego równolegle. Zbudowany jest z odpowiednio wyskalowanego mikroamperomierza i dużego opornika elektrycznego. Pomiar odbywa się przez wyznaczenie natężenia prądu płynącego przez woltomierz, który charakteryzuje się znaczną opornością wewnętrzną. W zależności od zastosowania rozróżnia się woltomierze prądu stałego i prądu zmiennego.

Woltomierze jednozakresowe

α = Ci = C * (U / Vm + Rd) = C * U

Woltomierze wielozakresowe

Od woltomierzy wymagana jest jak największa rezystancja. Najgorsze pobierają 1 mA.

Omomierze:

- szeregowe - do duzych rezystancji od 1 kΩ

α = c * i , α max = c * i max

- równoległe - do małych rezystancji

omomierze są najdokładniejsze w środkowej części podziałki.

16.Watomierze i waromierze. Budowa. Właściwości.

do pomiaru mocy elektrycznej prądu stałego oraz mocy czynnej prądu przemiennego służą watomierze, mocy elektrycznej biernej — waromierze.

Pomiary mocy i energii elektrycznej należą do najczęściej wykonywanych pomiarów w przemyśle. Moc chwilową prądu elektrycznego definiuje się zależnością: p(t)=u(t) i(t), natomiast energię:
. Moc czynna dla przebiegów okresowych jest to wartość średnia za okres mocy chwilowej

Jednostką mocy czynnej jest W (wat), natomiast energii J (dżul) oraz kWh (kilowatogodzina), (1 kWh = 3,6*10⁶J).

W sieciach prądu sinusoidalnego rozróżnia się trzy rodzaje mocy: moc czynną P, moc bierną Q oraz moc pozorną S. Jeśli u(t)=U_msinωt oraz i(t)=I_msin(ωt-Φ), gdzie Φ oznacza kąt przesunięcia fazowego, to moc czynną wyznaczamy z zależności:

P=UIcos Φ

gdzie: U,I - wartości skuteczne napięcia i prądu. Moc bierna przebiegu sinusoidalnego określona jest zależnością:

Q=UIsin Φ

Natomiast moc pozorna:

S=UI

Jednostką mocy biernej jest var, natomiast mocy pozornej - VA (woltoamper). Pomiary mocy mogą być wykonywane w zasadzie przy użyciu trzech metod: bezpośredniej, pośredniej i porównawczej. Metoda bezpośrednia polega na zastosowaniu przyrządów do bezpośredniego pomiaru mocy - waromierzy i watomierzy, metoda pośrednia bazuje na pomiarach prądu i napięcia, natomiast metoda porównawcza jest typowa dla pomiarów w paśmie bardzo wielkich częstotliwości.

Pomiary energii elektrycznej sprowadzają się w zasadzie do użycia przyrządu całkującego sygnały proporcjonalne do mocy chwilowej. Przyrządy takie nazywają się licznikami energii. Do pomiaru energii prądu stałego służy licznik elektrodynamiczny, natomiast do pomiaru energii prądu przemiennego licznik indukcyjny..

Watomierz charakteryzują trzy podstawowe parametry:

Znamionowe napięcie U_n

znamionowy prąd I_n

Znamionowy współczynnik mocy cosϕ_n

Te trzy wielkości określają zakres pomiarowy watomierza:

P_n = U_nI_n cosϕ_n

Należy zwrócić uwagę na dobór odpowiedniego egzemplarza watomierza (tzn. watomierza o odpowiednim zestawie wymienionych trzech parametrów znamionowych) do danego odbiornika. W idealnym stanie rzeczy trzy parametry znamionowe watomierza powinny być równe odpowiednim parametrom odbiornika U_o, I_o, cos ϕ_o. Zadanie to jest o tyle trudne, że produkowane watomierze mają ograniczoną gamę parametrów znamionowych. Każdy egzemplarz watomierza ma zwykle trzy napięcia znamionowe (zakresy napięciowe): 400V/ 200V/ 100V, dwa zakresy prądowe, np. 0,5A/ 1A - 1A/ 2A - 2,5A/ 5A - 5A/ 10A - 10A/ 20A. Natomiast znamionowy współczynnik mocy w watomierzach laboratoryjnych ma najczęściej wartość 1 (cosϕ_n =1), co dodatkowo komplikuje dobór watomierza do odbiorników o znamionowym współczynniku mocy dużo mniejszym od jedności.

Pomiary mocy czynnej

Bezpośredni pomiar mocy czynnej wymaga zastosowania przetworników realizujących

funkcję mnożenia dwóch wielkości fizycznych: napięcia i prądu. Powszechne zastosowanie

znalazły watomierze elektromechaniczne o ustroju elektro- i ferrodynamicznym

Układ połączeń watomierza elektrodynamicznego przedstawiono na Rys. 1.

Rys. 1 Układ watomierza elektrodynamicznego; 1 -cewka napięciowa, 2-cewka prądowa

Kierunek wychylania wskazówki watomierza zależy od kierunku prądów płynących przez cewkę napięciową i prądową względem początków uzwojeń (oznaczonych na Rys. 1 kropkami). Przy przeciwnym wychylaniu wskazówki watomierza (w lewo)-należy zmienić początek z końcem cewki prądowej lub napięciowej (są watomierze, które mają do tego celu specjalny przełącznik). Moc wskazaną przez watomierz wyznacza się z zależności:

P=C_pα (1.4)

gdzie: α-wychylenie wskazówki watomierza w działkach,

C_p - stała watomierza w W/działkę. Stałą watomierza wyznacza się z zależności:

(1.5)

gdzie: U_zn i I_zn - oznaczają odpowiednio wartości skuteczne napięcia i prądu,

cos Φ_zn - znamionowy współczynnik mocy watomierza.

Watomierze elektrodynamiczne służą do pomiarów mocy czynnej zarówno przy prądzie stałym, jak i zmiennym. Budowane są w klasach dokładności 0,2 - 1 (ferrodynamiczne odpowiednio 0,5 - 1,5) dla zakresu prądu do 10A, napięcia do 500V i częstotliwości do 500Hz. Poszerzenie zakresów pomiarowych watomierza jest możliwe za pomocą przekładników prądowych i napięciowych.

Pomiaru mocy czynnej w obwodach prądu stałego i zmiennego można również dokonać pośrednio - z pomiarów prądu płynącego przez odbiornik i napięcia na odbiorniku (typu R). Do pomiaru mocy w warunkach laboratoryjnych oraz do wzorcowania watomierzy innych typów wykorzystuje się watomierze elektroniczne. Do mniej dokładnych watomierzy elektronicznych (kl. 1,5 i większych) należą watomierze wykorzystujące układy diodowe oraz termoelementy pracujące jako kwadratory, w których mnożenie sygnałów proporcjonalnych do prądu i napięcia odbywa się poprzez odejmowanie podniesionych do kwadratu sum i różnic tych sygnałów.

Najdokładniejsze przetworniki mocy budowane są zgodnie z zasadą modulacji amplitudy i szerokości impulsów. W watomierzach pracujących według tej zasady pomiar odbywa się przez wyznaczenie wartości średniej (całookresowej) przebiegu zmodulowanego, która jest proporcjonalna do iloczynu napięcia (amplitudy impulsów) i prądu (szerokości impulsów). Osiągane klasy dokładności są rzędu 0,1.

Pomiary mocy biernej

Do pomiarów mocy biernej w układach jednofazowych używa się waromierzy, które budowane są z wykorzystaniem przetworników elektrodynamicznych z dodatkową cewką L i rezystorem R (tzw. układ Hummla-Rys.2), gdzie uzyskuje się przesunięcie fazowe π/2 pomiędzy napięciem a prądem cewki napięciowej. Moc bierną wskazywaną przez waromierz wyznacza się ze wzoru:

Q=C_σα (1.6)

gdzie: C_σ -jest stałą waromierza w var/działkę

α -jest wychyleniem wskazσwki (w działkach).

Rys. 2 Układ waromierza typu elektromechanicznego.

Stałość przesunięcia fazowego równego jest zachowana tylko dla jednej częstotliwości (np. 50Hz), co ogranicza zastosowanie waromierza. Zasady włączania waromierza w obwód kontrolny są takie same, jak w przypadku watomierza; również zbliżone są wartości maksymalnych zakresów prądu (do 10A). Waromierze jako osobne przyrządy są stosowane rzadko. Moc bierną w układach jednofazowych można obliczyć również z pomiarów mocy pozornej i czynnej.

17.Mierniki elektromagnetyczne .Budowa. Właściwości.

Mierniki elektromagnetyczne

Zasada działania - miernika elektromagnetycznego polega na oddziaływaniu pola magnetycznego cewki przewodzącej prąd, na ruchomy rdzeń ferromagnetyczny umieszczony w tym polu. Wskazówka połączona z rdzeniem wskazuje wartość prądu przepływającego przez cewkę. Im większy prąd przepływa przez cewkę, tym silniej jest wciągany rdzeń, tym większy jest moment i większe odchylenie wskazówki.
Miernik elektromagnetyczny służy zarówno do pomiaru prądu stałego, jak i wartości skutecznej prądu przemiennego. Mierniki elektromagnetyczne są budowane jako amperomierze i jako woltomierze.

Mają nieskomplikowaną budowę i charakteryzują się pewnością działania.

Mierniki elektromagnetyczne są stosowane do pomiarów prądu i napięcia małej częstotliwości
(amperomierze do 1500Hz, woltomierze do 1kHz) obiektów o mocy ponad 500 VA.
Najmniejszy zakres prądowy wynosi 1mA.

Budowa - rodzaje ustrojów elektromagnetycznych: jednordzeniowe i wielordzeniowe.
Ustrój dwurdzeniowy ma cewkę okrągłą. Dwa rdzenie wykonane z cienkiej blachy stalowej umieszczone są wewnątrz cewki. Jeden z nich rdzeń, nieruchomy przymocowany jest do korpusu cewki, a drugi ruchomy do osi ustroju.

Dokładność - 0,5;1;1,5
Są wypierane zarówno przez mierniki cyfrowe, jak również przez przetwornikowe mierniki magnetoelektryczne.

Amperomierz - przyrząd służący do pomiaru natężenia prądu elektrycznego. Działanie amperomierza opiera się na pomiarach efektów elektromagnetycznych, cieplnych itp., wywołanych przepływającym prądem. Włącza się go szeregowo do obwodu elektrycznego związku, z czym istotną cechą jest jego niewielka oporność wewnętrzna, niewpływająca na wartość mierzonego prądu. Amperomierze klasyfikuje się ze względu na: rodzaj mierzonego prądu (amperomierze prądu stałego i przemiennego - te ostatnie mierzą wartość skuteczną, rzadziej średnią), wartość mierzonego prądu (mikroamperomierze, miliamperomierze lub kiloamperomierze - duży zakres pomiaru uzyskuje się przez zastosowanie boczników lub przekładników prądowych w przypadku prądu zmiennego), konstrukcje (np. magnetoelektryczny, elektromagnetyczny, cieplny), rodzaj wskazań (analogowy, cyfrowy).

Woltomierz - miernik elektryczny służący do pomiaru napięcia, włączany równolegle do obwodu elektrycznego. Zbudowany jest z odpowiednio wyskalowanego mikroamperomierza i dużego opornika elektrycznego. Pomiar odbywa się poprzez wyznaczenie natężenia prądu płynącego przez woltomierz, który charakteryzuje się znaczną opornością wewnętrzną. W zależności od zastosowania rozróżnia się woltomierze prądu zmiennego i woltomierze prądu stałego.

18.Megaomomierze magnetoelektryczne .Budowa. Właściwości.

Podstawą budowy Megaomomierzy, czyli inaczej mierników do pomiaru rezystancji izolacji są układy magnetoelektryczne ilorazowe. Taki ustrój nazywa się logometrem magnetoelektrycznym. Ustrój logometru składa się z dwóch połączonych na sztywno cewek umieszczonych w szczelinach magnesu trwałego. Ponieważ szczeliny mają różną szerokość to pole magnetyczne jest niejednorodne; zatem boki cewek znajdują się w różnych miejscach szczelin i są w różnym polu magnetycznym.

Układ nie ma sprężyn, więc nie ma momentu zwracającego. Prądy płyną w cewkach tak, że momenty napędów są przeciwnie skierowane.

M1 = c1 * B1 * I1

M2 = c2 * B2 * I2

M1 = M2

C1f(l)*I1 = c2f(L-gamma)*I2

L = f(I1/I2)

Logometry.

L = f(I1/I2) = f(C/R1)

180 obr/min.

Klasy dokładności Megaomomierzy: 250V, 500V, 1kV, 1,5kV, 3kV, 5kV (15kV, 20kV).

19.Wyjaśnij dlaczego woltomierz powinien mieć możliwie dużą rezystancję wewnętrzną, zaś amperomierz możliwie jak najmniejszą. Jaką rezystancję wewnętrzną mają współcześnie budowane woltomierze i amperomierze?

Woltomierz jest to przyrząd pomiarowy za pomocą którego mierzy się napięcie elektryczne (jednostka napięcia Volt). Jest włączany równolegle do obwodu elektrycznego. Idealny woltomierz posiada nieskończenie dużą rezystancję wewnętrzną. W związku z tym oczekuje się pomijalnie małego upływu prądu przez cewkę pomiarową.

Obwody, w których dokonujemy pomiaru napięcia mogą mieć różną konfigurację i parametry, które pod wpływem włączenia woltomierza do obwodu ulec mogą zmianie, obarczając wynik pomiaru pewnym błędem - gdyż woltomierz zasilanie (moc) czerpie najczęściej z układu. Zmiany te będną tym mniejsze im mniejsza będzie moc (tym samym natężenie) pobierana przez woltomierz:

Dlatego też idealny woltomierz obdarzony jed resyztancją Rv dążącą do nieskończoności (wtenczas prąd Iv pobierany z obwodu dąży do zera - tym samym jak wynika z powyższego równania pobierana z układu moc jest minimalna).
Innym, sposobem zmniejszenia pobieranej mocy z układu jest wbudowanie zasilania w woltomierz.

Pomimo wszystko nie możemy otrzymać wartości rezystancji dążącej do nieskończoności i każde wyniki pomiaru napięcia woltomierzem obdarzone są błędem metody. Poprawienie wyników jest konieczne gdy błąd metody jest nie mniejszy niż 0,1 część wartości błędu granicznego woltomierza. Do oceny konieczności zastosowania poprawki stosuje sięporównanie względnego błędu granicznego woltomierza ze względnym błędem systematycznym wyrażonym zależnością:

gdzie

Ro - rezystancja obwodu

Rv - rezystancja woltomierza

Amperomierz - przyrząd pomiarowy służący do pomiaru natężenia prądu elektrycznego.

Amperomierz jest włączany szeregowo w obwód elektryczny. Idealny amperomierz posiada nieskończenie małą rezystancję wewnętrzną. W amperomierzach realizowalnych fizycznie wartość rezystancji wewnętrznej jest różna od zera. W związku z tym występuje na nich spadek napięcia mający wpływ na dokładność wyniku dokonanego pomiaru. Rezystancję wewnętrzną amperomierza można pominąć w pomiarach technicznych, przy zachowaniu warunków znamionowych pomiaru.

  Amperomierz włączamy do obwodu szeregowo, jego opór elektryczny powinien być jak najmniejszy. I=U/(R+Ra) Aby zwiększyć zakres woltomierza należy do niego dołączyć szeregowo dodatkowy opór Rb=Rv(U-Uv)/Uv)

20.Rezystancyjne, pojemnościowe i indukcyjnościowe dzielniki napięcia. Budowa. Właściwości.

Dzielnik napięcia jest układem, który jak sama nazwa już sugeruje dzieli napięcie doprowadzone do jego wejścia, czyli jest to układ, którego napięcie wyjściowe jest częścią napięcia wejściowego.
   Przykład dzielnika jest pokazany na rys. , jak widać są to po prostu dwa rezystory połączone szeregowo. Napięcie wejściowe doprowadzone jest do rezystorów R1 i R2, natomiast wyjściowe jest równe spadkowi napięcia na rezystorze R2.
   Napięcie wyjściowe U_wy można obliczyć następująco:
- przez oba rezystory płynie taki sam prąd I (o ile wyjście nie jest obciążone jakąś rezystancją), czyli
- napięcie na R2, czyli wyjściowe jest równe: rys. 2.5
Jak widać ze wzoru wartość napięcia wyjściowego jest zawsze mniejsza (lub równa, gdy R1=0) od napięcia wejściowego.   .

Dzielnik napięcia- jest czwórnikiem, który zapewnia uzyskanie określonego stosunku między napięciem wejściowym U₁ i wyjściowym U₂.

K=U₁/U₂

Dzielniki napięć buduje się z elementów biernych typu rezystancyjnego, pojemnościowego lub indukcyjnościowego. Są one wykonywane jako oddzielne przetwornik pomiarowe lub jako elementy składowe przyrządów i przetworników pomiarowych.

Dzielniki rezystancyjny najprostszy jest szeregowym połączeniem dwóch oporników R₁ i R₂. W stanie jałowym przekładnia dzielnika przy prądzie stałym jest równa

Dzielnik pojemnościowy jest zbudowany z połączonych szeregowo kondensatorów C₁ i C₂. Przekładnię takiego dzielnika z uwzględnieniem rezystancji R₁ i R₂ strat kondensatorów opisuje wzór:

Dzielniki indukc. Cechą jest to, że ich obwody wejściowe i wyjściowe są sprzężone indukcyjnie.

21.Przekładniki prądowe i napięciowe prądu przemiennego. Cel stosowania. Budowa. Właściwości.

Przekładnik prądowe mają uzwojenie pierwotne i wtórne nawinięte na rdzeń ferromagnetyczny, wykonany z blach transformatorowych płaskich, lub zwijany z taśmy. Uzwojenia są starannie odizolowane od siebie. Izolacja chroni przed przebiciem wysokiego napięcia do uzwojenia wtórnego., które to napięcie może występować na przewodzie z mierzonym prądem.

Przekładnik napięciowy jest pomiarowym transformatorem jednofazowym pracującym w warunkach zbliżonych do stanu jałowego. Umożliwia pomiary i kontrolę parametrów elektrycznych w sieci wysokiego napięcia przy stosowaniu aparatury niskiego napięcia, w warunkach pełnego bezpieczeństwa usługi. Do zacisków pierwotnych przekładnika doprowadza się napięcie pierwotne U_p, do zacisków wtórnych z napięciem U_s dołącza się przyrządy takie jak woltomierz, częstościomierz, obwody napięciowe watomierza, licznika, fazomierza, przekaźnika itp.

22.Przetworniki U/l i l/U. Budowa. Cel stosowania. Właściwości.

Do przetwarzania używa się wzmacniaczy operacyjnych z odpowiednimi pętlami sprzężenia zwrotnego.

Cel stosowania =>

I/U (prąd w napiecie)

U/I (napięcie w prąd)

- we. Odwracający

- we.nieodwracający

23 .Przetworniki R/U (omomierze elektroniczne).Budowa. Właściwości.

Uwy=K*Uwe=Rx/R*E=K*Rx

Uwy=R/Rx*E

• są to omomierze elektroniczne

• zakres to 0 - 10 k(om) oraz 0 - 20 k(om)

• błędy od +/- 0.2 % do +/-1 %

24.Przetworniki C/U. Budowa. Właściwości.

Uy=K*Uwe=R/WCx*Uwe=RWCxUwe=K*Cx

C/U - pojemnościomierze

Zmiana zakresu (μF, pF) odbywa się poprzez zmianę częstotliwości R.

w = 2IIf Uwy = Uwe * R/(1/wC) Uwy = C1 * C

25.Przetworniki L/U. Budowa. Właściwości.

L/U (indukcyjność w napięcie)

Uwy = Uwe (pierwiastek z Rx² +w²L²x / R)

Jeżeli cewka ma Q >=10, to to błąd jest niewielki i Uwy = C1 * Lx

26.Przetworniki prostownikowe wartości średniej. Budowa. Właściwości.

Najprostszym przetwornikiem wartości średniej napięcia (lub prądu) przemiennego jest jednopołówkowy prostownik szeregowy. Najczęściej korzysta się jednak z prostownika dwupołówkowego w układzie mostka Graetza. O właściwościach układu prostowniczego decydują diody.

27.Przetworniki wartości szczytowej. Budowa. Właściwości.

Prostowniki wartości szczytowej są stosowane przede wszystkim w woltomierzach, ale można je stosować w amperomierzach. Istnieją dwa rodzaje biernych prostowników szczytowych: szeregowy i równoległy.

prostownik szeregowy

prostownik równoległy

28.Przetworniki RMS i TRMS Budowa. Właściwości. Zastosowania.

Detekcja wartości skutecznej jest w zasadzie możliwa tylko przy użyciu elementów prostowniczych o parabolicznych charakterystykach prądowo-napięciowych : i = au² .. Aby zrealizować taką charakterystykę przetwarzania, wykorzystuje się początkową część charakterystyki diody półprzewodnikowej, którą można aproksymować przebiegiem parabolicznych. Inny sposób , to aproksymowanie żądanej charakterystyki parabolicznej odcinkami. W tym celu buduje się odpowiednie układy diodowo-rezystancyjne. Źródło napięcia Uo wraz z opornikiem o dużej rezystancji Ro tworzą źródło prądowe. Rezystancje oporników Rn i R'n są tak dobrane że praktycznie cały prąd ze źródła płynie przez oporniki R'n. Powstałe na nich spadki napięcia Un są stałe i niezależnie od prądów płynących przez diody, gdyż prąd ze źródła Uo jest znacznie większy od prądów diod. Duże wartości rezystancji oporników Rn zapewniają spełnienie powyższych warunków oraz linearyzują charakterystyki diod, z których jest składana charakterystyka przetwornika. Duże wartości rezystancji Rn powodują ponadto uniezależnienie charakterystyki przetwornika od rezystancji wewnętrznej źródła mierzonego napięcia Rg oraz rezystancji dynamicznych w kierunku przewodzenia rf diod układu Gretza. Zasada działania układu jest następująca. Wzrostowi wartości chwilowej napięcia mierzonego towarzyszy wzrost napięcia wyprostowanego U. Dopóki jego wartość nie przekroczy U1 dopóty przez przyrząd nie płynie prąd. Gdy wartość ta zostanie przekroczona przewodzi dioda D1. Prąd miernika jest wówczas określony charakterystyką wypadkową diody D1 i opornika R1. Napięcie mierzone wzrasta dalej, w związku z czym napięcie wyprostowane przekracza kolejne napięcia progowe U2, U3, U4,...,Un. Prąd płynący przez miernik jest więc określony charakterystyką wypadkową przewodzących diod. Otrzymana charakterystyka układu , dzięki doborowi elementów Rn i R'n oraz napięcia Uo, jest zbliżona do paraboli : I = aU² . Przybliżenie jest tym lepsze , im więcej jest użytych układów aproksymujących Rn, R'n , Dn ( w praktyce stosuje się od 4 do 8 takich układów). RMS - miernik prawdziwej wartości skutecznej, TRMS - miernik prawdziwej wartości skutecznej, oraz wartości składowej zmiennej i stałej.

Przetworniki są zwykle oznaczane napisem RMS lub True-RMS (TRMS), czyli prawdziwa wartość skuteczna (true root mean square).

Niektórzy producenci multimetrów rozróżniają określenia:

- RMS- jako skuteczną wartość przebiegu zmiennego bez składowej stałej, czyli przy sprzężeniu pojemnościowym wejścia (AC)

- True-RMS- jako skuteczną wartość przebiegu zmiennego mogącego zawierać stałą (AC+DC), czyli przy sprzężeniu rezystancyjnym.

29.Narysuj podstawowe układy pracy wzmacniaczy operacyjnych (układ odwracający, układ nieodwracający, separator, układ całkujący, układ różniczkujący). Opisz ich właściwości.

Wzmacniacze mają za zadanie : wzmocnić sygnał, separować dwa obwody, dopasowuje impedancyjnie 2 obwody, może pracować w zamianie U/I , I/U, mogą wykonywać wszystkie operacje matematyczne.

Wzmocnienie wzmacniacza : K = Uwy/Uwe

Ze względu jak zachowuje się wzmocnienie, wzmacniacze dzieli się na : stałoprądowe, szerokopasmowe, selektywne.

Na schematach wzmacniacze oznacza się :

Podstawowe układy pracy wzmacniaczy operacyjnych:

1. odwracający

Wzmocnienie na jednym stopniu nie powinno być większe od 100. Rw = R₁ - powinien być możliwie duży

Wzmocnienie : K = Uwy / Uwe = - (R₂ / R₁) dla prądu przemiennego - K = - (Z₂ / Z₁) Z = pierwiastek(R² + X²)

Wzmocnienie kaskady : K =K1*K2*K3.....

Przy parzystej liczbie wzmacniaczy sygnał wejściowy jest w fazie z sygnałem wyjściowym.

2. nieodwracający

Wzmocnienie : K = Uwy / Uwe = 1 + (R₂ / R₁)

Rwe - 1 MΩ do 10GΩ Rwy - jest mała Nie należy obciążać obwodu kontrolowanego!!!!!!

3. Separator (wtórnik napięciowy) - separuje część wejściową i wyjściową

Wzmocnienie : K = 1 + (R2 / nieskończoność) K = 1 Mogą być obciążane prądami di 30mA.

d)

Układ całkujący zbudowany przy pomocy wzmacniacza operacyjnego.

Idealny układ całkujący odpowiada na sygnał wejściowy u(t) sygnałem y(t) według zależności:

e)

30.Budowa lampy oscyloskopowej i podstawowe regulacje: ostrość, jasność, astygmatyzm, przesuwanie plamki „góra-dół" i „prawo-lewo".

Oscyloskop jest najbardziej uniwersalnym przyrządem pomiarowym. Jego główną zaletą jest możliwość obserwacji i rejestracji na ekranie lampy oscyloskopowej pomiarów i wykresów.

Lampa oscyloskopowa jest podstawowym elementem oscyloskopu. Obraz na ekranie lampy uzyskuje się wykorzystując skoncentrowany strumień elektronów. Strumień ten padając na ekran luminescencyjny tworzy plamkę świetlną. Ruch plamki na ekranie uzyskuje się odchylając strumień za pomocą pola elektrycznego, w kierunku pionowym i poziomym. Pole odchylające strumień w kierunku pionowym jest proporcjonalne do badanego przebiegu. W kierunku poziomym pole zależy od specjalnie ukształtowanego napięcia tzw. rozciągu. Napięcie rozciągu pochodzi od generatora, którym najczęściej jest generator napięcia narastającego liniowo. Czas trwania narastania napięcia jest tak dobrany, aby plamka przemieściła się od lewej do prawej strony ekranu. Następnie w bardzo krótkim czasie napięcie powinno powrócić do stanu początkowego i w tym czasie plamka musi być wygaszona. W celu uzyskania stabilnego obrazu na ekranie częstotliwość i faza napięcia piłokształtnego muszą być zsynchronizowane z napięciem badanym. Na okres rozciągu liniowego powinna wypadać całkowita liczba okresów przebiegu badanego. Na płytki odchylenia poziomego można podać inny przebieg niż piłokształtny np. drugi przebieg zewnętrzny. Uzyskuje się wówczas tzw. pracę X-Y oscyloskopu. Tory wejściowe X i Y wyposażone są w dzielniki i wzmacniacze napięcia dopasowujące sygnały wejściowe tak, aby obraz przebiegu mieścił się w układy regulacji wzmocnienia w osi Y (pionowej) i regulacji okresu trwania napięcia piłokształtnego (podstawa czasu).

Aby odchylenie plamki w kierunku poziomym było wprost proporcjonalnie do czasu, należy do płytek X doprowadzić napięcie narastające liniowo w funkcji czasu. Ponieważ ekran lampy ma skończone wymiary, przeto plamka po dojściu do prawego skraju pola pomiarowego musi wrócić, a napięcie odchylające powinno obniżyć się do swej wartości początkowej. Uformowane w takim sposób napięcie nazywa się piłokształtnym, a odchylenie plamki w poziomie - rozciągiem liniowym. Jeżeli do płytek odchylających w poziomie jest doprowadzone napięcie piłokształtne okresowe, to obserwator widzi na ekranie linię poziomą. Jeżeli równocześnie do płytek Y doprowadzi się napięcie badane, to plamka wykonuje ruch będący wypadkową odchylenia poziomego i pionowego kreśląc na ekranie krzywą przebiegu w funkcji czasu.

Podstawowe regulacje:

- jasność (Zmienia się ilość elektronów zmierzających w kierunku ekranu. Do zwiększania jasności służy cylindryczna elektroda przyspieszająca będąca na wysokim potencjale względem katody.).

- ostrość (Zmienia się zdolność skupiania elektronów. Przez zmianę potencjału anod A1 iA2 względem katody K można zmieniać ostrość obrazu na ekranie. Przyspieszenie, skupienie elektronów za pomocą anod.).

- astygmatyzm

- ekran (Mamy wykres gdzieś z boku ekranu to łatwiej dostosować jest ekran niż wykres i po to jest pokrętło).

- poziom - lewo-prawo (Przesuwanie w poziomie obrazu).

- pion - góra-dół (Przesuwanie w pionie obrazu).

31.Budowa oscyloskopu analogowego. Omów rolę podzespołów: synchronizacja i poziom wyzwalania,

Oscyloskop jest najbardziej uniwersalnym z przyrządów pomiarowych. Stosowany może być w pomiarach do obserwacji i analizy kształtu przebiegów czasowych prądów i napięć, pomiarów wartości napięcia, częstotliwości, kąta fazowego, obserwacji i wyznaczania charakterystyk elementów nieliniowych oraz przy wielu innych pomiarach wielkości elektrycznych i nieelektrycznych.

Główną zaletą oscyloskopu jest możliwość obserwacji i rejestracji przebiegów uwidocznionych na ekranie lampy oscyloskopowej. Obraz z oscyloskopu można łatwo fotografować lub przechowywać w pamięci lampy przez czas potrzebny do dokonania analizy, dlatego też oscyloskopy zalicza się do grupy przyrządów rejestrujących.

W oscyloskopach do rejestracji badanego przebiegu wykorzystuje się skoncentrowany strumień elektronów, który padając na ekran luminescencyjny lampy tworzy tzw. plamkę świetlną. Zmianę położenia plamki uzyskuje się w skutek działania pola elektrycznego na strumień elektronów (Działanie jest niemal natychmiastowe, gdyż bezwładność elektronów jest bardzo mała; zaczyna ona odgrywać rolę dopiero w zakresie częstotliwości większych niż 10 MHz).

Podstawowym podzespołem każdego oscyloskopu jest promieniowa lampa oscyloskopowa. Przy odchyleniu strumienia elektronów plamka świetlna poruszając się po ekranie lampy rysuje jasną krzywą. Odchylenie strumienia odbywa się w dwóch kierunkach pionowym - za pomocą badanego przebiegu i poziomym - za pomocą specjalnie ukształtowanego napięcia tzw. rozciągu. Napięcie rozciągu odpowiada więc współrzędnej poziomej (odciętej) określającej czas, a napięcie badane daje współrzędne pionowe (rzędne). Przez odpowiedni dobór częstotliwości rozciągu i badanego napięcia na ekranie oscyloskopu otrzymuje się nieruchomy obraz, przedstawiający badany przebieg w funkcji czasu. Promieniowa lampa oscyloskopowa składa się z trzech podstawowych części : wyrzutni elektronowej (często zwanej działem elektronowym), która emituje i skupia elektrony w cienką wiązkę; układu odchylającego strumień elektronów; ekranu, na którym powstaje widzialny obraz pod wpływem bombardowania elektronami. Całość jest zamknięta w bańce szklanej lub ceramicznej, z której usunięto powietrze. Strumień elektronów może być odchylany polem elektrycznym - za pomocą płytek odchylających lub polem magnetycznym - za pomocą cewek odchylających. W obecnie produkowanych oscyloskopach najczęściej stosuje się pierwszy sposób odchylania. Wyrzutnią elektronową jest katoda tlenkowa K żarzona pośrednio. Siatka sterująca S, zwana cylindrem Wehnelta, oraz dwie anody cylindryczne A1 i A2 tworzą tzw. soczewkę elektroniczną. Pole elektryczne, wytworzone przez wysokie napięcie stałe (do kilku do kilkunastu woltów) doprowadzane jest do anod, powoduje silne przyspieszenie elektronów i jednocześnie ogniskowanie wiązki na ekranie. Do siatki sterującej S doprowadza się potencjał ujemny względem katody. Przez regulację napięcia siatki zmienia się liczbę elektronów przedostających się w kierunku anod, a tym samym intensywność świecenia plamki. Regulacja potencjału anody A1 umożliwia zmianę ogniskowania wiązki elektronów, służy więc do ustalenia ostrości plamki na ekranie. Wiązka przebiega między dwiema parami elektrod X i Y, zwanych płytkami odchylającymi i pada na ekran.

Napięcie mierzone doprowadza się do płytek Y lampy przez dzielnik napięcia DNy i wzmacniacz pomiarowy Wy. W pozycji 1 przełącznika P napięcie rozciągu z generatora GNP jest podawane na płytki X lampy. Ustawienie przełącznika z pozycji 2 daje możliwość doprowadzenia napięcia o dowolnym przebiegu do płytek X przez dzielnik napięcia DNx i wzmacniacz Wx. Blok UF jest układem formującym ujemne impulsy doprowadzone do siatki lampy, w celu wygaszenia plamki świetlnej w czasie powrotu promienia przy rozciągu linearnym. Oscyloskop jest zasilany z dwóch zasilaczy napięcia stałego : Z1 - wysokonapięciowego, który zasila elektrody lampy oscyloskopowej przez dzielnik napięcia DN; Z2 - niskonapięciowego, który zasila pozostałe układy. Oprócz wymienionych układów może być wyposażony w wiele innych układów np.: kalibrator napięcia, kalibrator osi czasowej, układ synchronizacji i wyzwalania podstawy czasu, układ lokalizacji położenia strumienia itp.

1.Synchronizacja - sterowanie generatorem napięcia piłokształtnego.

2.Poziom wyzwalania - kalibracja oscyloskopu

3.Budowa oscyloskopu analogowego:.

32.Budowa oscyloskopów cyfrowych. Właściwości. Możliwości pomiarowe.

Przedstawiony przyrząd może pracować w dwóch reżimach:, jeżeli przełączniki P1 i P2 znajdują się w pozycji 1 to układ pracuje jako konwencjonalny oscyloskop analogowy, a jeżeli w pozycji 2 to staje się oscyloskopem z pamięcią (mnemotron). Badany sygnał jest wówczas podawany przez układ wejściowy na wejście informacyjne przetwornika analogowo-cyfrowego (A/C). Proces przetwarzania (próbkowania) rozpoczyna się na sygnałem „start”, który jest generowany przez układ sterujący i podawany na wejście sterujące przetwornika A/C. Otrzymany na bloku przetwornika A/C sygnał cyfrowy jest przekazywany do odpowiedniej komórki bloku pamięci.

Przy odtwarzaniu zapisanej informacji, komenda z układu sterującego powoduje wybranie zakodowanych informacji cyfrowych i przekazanie ich na wejście cyfrowe przetwornika C/A. Przetwornik ten przetwarza informacje cyfrowe na impulsy o amplitudach proporcjonalnych do zakodowanych w pamięci liczb. Aby otrzymać obraz ciągły między przetwornik C/A i wzmacniacz jest włączony układ wygładzania- tzw. generator wektorowy.

Zastosowania oscyloskopów: nieograniczony czas przechowywania informacji oraz szeroki zakres zmian szybkości odtwarzania, a szczególnie możliwości spowalniania procesu odtwarzania poszczególnych fragmentów zapamiętanego przebiegu.

Górna granica pasma przenoszenia oscyloskopów cyfrowych jest uwarunkowana przede wszystkim szybkością działania przetwornika A/C.

Budowa:

Możliwości pomiarowe oscyloskopu cyfrowego:

Zależą od właściwości obwodu wejściowego, rozdzielczości i szybkości działania (częstotliwości przetwarzania) przetwornika analogowo - cyfrowego oraz od parametrów pamięci cyfrowej.

Właściwości:

- próbkowanie. - kwantowanie.

- rozdzielczość. - pamięć.

- pojemności pamięci. - długość rekordu rezystancji.

33.Wyjaśnić na czym polega przetwarzanie analogowo-cyfrowe sygnałów. Co to jest próbkowanie i kwantowanie sygnału? Jak sieje realizuje?

Przetwornik a/c przetwarza sygnał analogowy (informację analogową) o mierzonym napięciu na informację dyskretną przedstawioną w kodzie dwójkowym lub dwójkowo - dziesiętnym. Odbywa się to poprzez próbkowanie w czasie lub kwantowanie.

przetworzyć sygnał analogowy na cyfrowy służą przetworniki analogowo-cyfrowe, są to urządzenia przetwarzające wielkość analogową w cyfrowy sygnał pomiarowy. Według zasady działania możemy podzielić je na: przetworniki bezpośrednie i pośrednie.
W bezpośrednich następuje bezpośrednie porównanie wielkości analogowej z sygnałem wzorcowym sterowanym cyfrowo, w wyniku czego powstaje sygnał cyfrowy zawierający informację pomiarową o wielkości analogowej. Pośrednie przekształcają wstępnie wielkość analogową w inną wielkość fizyczną, która następnie jest bezpośrednio przetwarzana w sygnał cyfrowy. Z typem przetwarzania związany jest czas, w którym ono zachodzi. Jeśli sygnał cyfrowy odpowiada wartości wielkości analogowej w określonej chwili, wówczas mówi się o przetwarzaniu wartości chwilowej. Jeśli sygnał cyfrowy odpowiada wartości średniej wielkości analogowej w czasie przetwarzania, wówczas mówi się o przetwarzaniu integracyjnym.
Metody pośrednie należą na ogół do integracyjnych, wyjątek stanowi przetwarzanie według metody czasowej prostej, która umożliwia przetwarzanie wartości chwilowej.

Próbkowanie polega na pobieraniu wartości dyskretnych, odpowiadających wartościom chwilowym wielkości ciągłej w określonych chwilach. Przedział czasu między kolejnymi chwilami próbkowania nazywa się krokiem próbkowania. Jeśli jest on stały, to próbkowanie nosi nazwę równomiernego, w przypadku zmienności próbkowanie jest nierównomierne.

Kwantowanie wielkości ciągłej polega na przyporządkowaniu każdej próbce skończonej liczby poziomów amplitudy, odpowiadających dyskretnym wartościom od zera do pełnego zakresu.
Bezpośredni pomiar wielkości mierzonej za pomocą przyrządu pomiarowego na zawsze jest możliwy i celowy. Istnieje natomiast możliwość jej przekształcenia w łatwiej mierzalną wielkość Y. Zamiana wielkości X na wielkość Y przy zachowaniu informacji o wielkości X nosi nazwę przetwarzania. Nowa wielkość Y nazywa się sygnałem pomiarowym.

34.Budowa i właściwości częstościomierzy i czasomierzy cyfrowych.

Pomiar częstotliwości polega na zliczaniu okresów sygnału w ściśle określonym czasie otwarcie bramki. Jest to najprostszy układ częstościomierza cyfrowego częstotliwość mierzona określana jest wzorem: f_x=N/T_b

Gdzie: N- wskazanie z licznika; T_b-czas otwarcia bramki

Układ formujący przetwarza napięcia badane o częstotliwości i dowolnej amplitudzie, na napięcie prostokątne o takiej samej częstotliwości i stałej amplitudzie niezależnej od amplitudy wej.

Generator częstotliwości wzorcowej najczęściej kwarcowy, bardzo dużej stabilności i dokładnie znanej częstotliwości sygnału wej.

Dekadowy dzielnik częstotliwości odmierza czas otwarcia bramki,

Bramka umożliwia dostęp prostokątnych impulsów o częstotliwości fx, do wej. Dzielnika dziesiętnego i zliczenie ich w czasie

Układ pamięci zapamiętuje zawartość licznika i umożliwia wyświetlanie jej na wyświetlaczu cyfrowym.

Zliczanie impulsów odbywa się cyklicznie po zakończeniu bieżącego cyklu zliczania wynik zostaje zapisany do pamięci i jest wyświetlany, a licznik automatycznie rozpoczyna kolejny cykl zliczania. Dokładność pomiaru jest ograniczona błędami zliczania. Niepewność bezwzględna: Δ_{fz gr}=+/-1/Tb, niepewność względna: Δ _{fz gr}=+/-1/N

Pomiar czasu początek zliczania wyznaczony jest przez początek mierzonego przedziału czasu, a koniec zliczania, przez koniec tego przedziału. Sprowadza się ona do zliczania, w mierzonym czasie, impulsów powtarzających się z wzorcową częstotliwością. Impulsy wejściowe, wyznaczające początek i koniec przedziału, sterują przerzutnikiem bramkującym. Przerzutnik ten wytwarza impuls bramkujący, który otwiera bramkę na czas między kolejnymi impulsami wejściowymi. Impulsy wzorcowe o okresie są otrzymywane z generatora wzorcowego. Po powieleniu lub podzieleniu częstotliwości sygnał z generatora wzorcowego jest formowany w ciąg impulsów o parametrach wymaganych do wysterowania licznika impulsów. Impulsy wzorcowe przechodzą przez bramkę, która jest otwarta w czasie wyznaczonym przez impulsy wejściowe, a następnie wprowadzane do licznika impulsów. Stan licznika jest uprzednio skasowany przez układ kasowania.

Częstościomierz

Czasomierz

35.Budowa i właściwości fazomierzy cyfrowych.

Fazomierze są miernikami przesunięcia fazowego między dwoma sygnałami sinusoidalnymi o jednakowej częstotliwości.

Zasada działania napięcie sinusoidalne, którymi jest mierzone przesunięcie fazowe doprowadzane są do wejść fazomierza. Po zamianie ich fale prostokątne, zróżniczkowaniu i jednostronnym obcięciu otrzymuje się impulsy przesunięte w czasie. Aby fazomierz wskazywał przesunięcie fazowe, a nie czas dobiera się częstotliwość wzorcową. Fazomierze budowane są na określone napięcia. Przesunięcie fazowe występuje wtedy, gdy są takie same częstotliwości. Na błąd pomiaru wartości chwilowej przesunięcia fazowego mają wpływ: błąd zliczania, dodatkowe opóźnienia w obu kanałach, niestałość częstotliwości wzorcowej i mierzonej, błąd bramkowania uwarunkowany zniekształceniami przebiegu badanego. Największe wartości mają najczęściej składniki. Stosowane są również fazomierze cyfrowe, umożliwiające pomiar wartości średniej przesunięcia fazowego. W danym czasie powtarza się kilka razy pomiar i określa się średnią wartość.

36.Budowa i zasada działania woltomierzy cyfrowych o przetwarzaniu kompensacyjnym.

37.Budowa i zasada działania woltomierzy cyfrowych o podwójnym całkowaniu.

Woltomierze cyfrowe zajmują w technice pomiarowej bardzo ważną, wręcz „strategiczną", pozycję. W wyniku ewolucyjnego procesu wyparły niemal całkowicie inne przyrządy służące do pomiaru napięcia jak np. kompensatory i woltomierze elektromechaniczne. Wchodzą w skład podstawowego wyposażenia niemal każdego laboratorium pomiarowego, niezależnie od charakteru przeprowadzanych tam pomiarów. Można z niewielką tylko przesadą powiedzieć, że - dysponując woltomierzem cyfrowym napięć stałych i zmiennych - można zmierzyć dowolnie wybraną wielkość fizyczną. Można dlatego, że czujniki i przetworniki pomiarowe rozmaitych wielkości fizycznych o wyjściowym elektrycznym sygnale napięciowym należą do najpopularniejszych i najlepiej zbadanych. W technice znajomość wartości napięcia, tak stałego jak i zmiennego, jest niezbędna w prawie wszystkich pracach badawczych i konstrukcyjnych oraz w wielu stanowiskach produkcji przemysłowej. Ponadto pomiary pośrednie rozmaitych wielkości poprzez pomiary napięcia pozwalają dziś dość często na zastąpienie specjalizowanej i kosztownej aparatury pomiarowej woltomierzem cyfrowym współpracującym z mikrokomputerem za pośrednictwem standardowego interfejsu.

Struktura woltomierza

Każdy woltomierz cyfrowy można przedstawić za pomocą schematu blokowego jak na rys.7. Na ogólną strukturę woltomierza składają się: obwód wejściowy, przetwornik A/C, źródło napięcia wzorcowego, układ sterujący i urządzenie odczytowe. Obwód wejściowy zawiera dzielnik napięcia i układ wzmacniacza o bardzo dużej rezystancji wejściowej. Poziom sygnału wyjściowego tego wzmacniacza jest dopasowany do wejścia przetwornika A/C. Wybór zakresu odbywa się poprzez zmianę nastawienia dzielnika napięcia. Układ sterowania pozwala na dobór właściwego podzakresu automatycznie lub ręcznie. Przetwornik A/C jest centralnym elementem struktury każdego woltomierza. Decyduje o liczbie cyfr wyniku, błędzie pomiaru, odporności na zakłócenia i czasie pomiaru. Wokół wyboru właściwego rozwiązania przetwornika A/C koncentrują się podstawowe prace projektowe producentów woltomierzy. Urządzenie odczytowe jest coraz częściej wykonywane jako specjalizowany monitor alfanumeryczny. Układ sterujący jest automatem cyfrowym zapewniającym odpowiednią realizację algorytmów pomiaru i obsługi przyrządu. Steruje również funkcjami autotestowania i autokalibracji.

38.Budowa i zasada działania omomierzy cyfrowych.

Omomierze to mierniki rezystancji. Są najprostszymi miernikami RLC.

Uwyj = Uwe * Rx / R

Błąd omomierzy cyfrowych to ok. 1%.

39.Budowa i właściwości multimetrów cyfrowych.

Multimetr zawiera cyfrowy woltomierz napięcia stałego oraz przetworniki innych wielkości mierzonych na napięcie stałe. Umożliwiają one takie pomiary jak: wartość prądu, napięcia, rezystancji, a nawet częstotliwości, okresu i pojemności i inne. W skład multimetrów cyfrowych wchodzą:

Przetwornik nap. stałego - pojedynczy układ scalony. Zawiera przetwornik A/C.

Układ wej. - zespół przełączników funkcji i zakresu.

Zasad działania - sygnał przetwornika A/C podawany jest na procesor, który obrabia sygnał i liczy wartość skuteczną Uskt. I i średnią Uśr. Część pomiarów może być kierowana do pamięci.

Pod nazwą multimetr należy rozumieć uniwersalny, wielofunkcyjny przyrząd pomiarowy, pozwalający mierzyć wartości wielkości elektrycznych i parametrów obwodów elektrycznych. Najczęściej multimetry są przeznaczone do pomiarów napięć stałych i zmiennych, rezystancji, pojemności, częstotliwości. Obecnie s produkowane dwa typy multimetrów: nieprogramowane ze sztywną logiką i programowane (mikroprocesorowe).

Cyfrowe multimetry są zazwyczaj przewidziane do systemu pomiarowego o złożonej strukturze. Multimetry mogą w systemach pomiarowych pełnić role jednostek centralnych lub pracować w systemie podporządkowywania- wypełniając wszystkie funkcje podstawowe i dodatkowe wynikające z typu i roli interfejsu w systemie

40.Przetworniki hallotronowe i ich zastosowania.

Hallotron jest półprzewodnikiem elementem mnożonym. W normalnym wykonaniu jest to cienka płytka prostopadłościenna wykonana z półprzewodnika mono- lub polikrystalicznego, o dwóch parach wzajemnie prostopadłych doprowadzeń (elektrod).

Hallotrony są stosowane przede wszystkim do pomiarów indukcji i natężenia pola magnetycznego, pomiarów prądów stałych o dużych natężeniach oraz w przetwornikach mocy, fazy i także w układach modulatorów i demodulatorów słabych sygnałów.

41.Co to są systemy pomiarowe? Jaka jest ich struktura?

systemy pomiarowe - zbiory narzędzi pomiarowych obiętych wspólnym sterowaniem wewnętrznym lub zewnętrznym.

Aktualnie udoskonaloną kontynuacje obydwu systemów pomiarowych stanowią systemy z mikrokomputerem i kartami przetworników zaliczane do pierwszego typu oraz systemy z magistralą GPIB, modułowe VXI i przemysłowe należące do typu drugiego.

44.Jakie znasz metody pomiaru częstotliwości ? Opisz te metody.

W niektórych badaniach, szczególnie przy dużych częstotliwościach radiowych, częstotliwość mierzy się wieloma metodami specjalnymi, takimi jak: różnicowa, mostkowa, porównawcza itp.

Metoda porównawcza- polega na zrównaniu częstotliwości wzorcowej f_w z mierzoną f_x. Zgodność częstotliwości można zaobserwować na ekranie oscyloskopu w postaci figur Lissajous. W ten sposób mogą być porównywane tylko częstotliwości, których stosunek jest liczbą całkowitą.

Metoda różnicowa- pomiaru częstotliwości polega na pomiarze różnicy częstotliwości mierzonej i wzorcowej. Różnice częstotliwości f_x i f_w otrzymuje się po demodulacji jako częstotliwość f_a= |f_x-f_w|. Wartość f_a mierzy się dowolną metodą.

42.W jaki sposób można zmierzyć napięcie stałe o wartości > 1 kV ?

Dzielnik napięcia + woltomierz

43.W jaki sposób można zmierzyć napięcie zmienne o wartości >5 kV ?

Przekładnik napięciowy + woltomierz

45.W jaki sposób można zmierzyć prąd stały o wartości > 500 A ?

Przekładnik prądu stałego + amperomierz

46.W jaki sposób można zmierzyć prąd zmienny o wartości > 1 kA ?

Przekładnik prądu zmiennego + amperomierz

47 Jak określa się błędy przyrządów cyfrowych ?

Błędy w przyrządach cyfrowych i przetwornikach analogowo cyfrowych można podzielić na analogowe i cyfrowe. Podział taki wynika ze struktury miernika lub przetwornika, które są urządzeniami hybrydowymi analogowymi i cyfrowymi jednocześnie.
Błędy analogowe są wynikiem niedoskonałości budowy i działania przetwornika analogowo cyfrowego. Możemy wyróżnić błędy podstawowe i dodatkowe. Podstawowym może być błąd nieliniowości charakterystyki przetwarzania. Błędy dodatkowe powstają przede wszystkim w wyniku zmiany warunków pracy dominujący wpływ mają: temperatura pracy oraz starzenie strukturalne elementów. Składowa cyfrowa błędu w przetworniku analogowo cyfrowym jest wynikiem procesu kwantowania, a w mierniku cyfrowym dodatkowo procesu zliczania. Błąd zliczania występuje w miernikach cyfrowych, a jego przyczyną jest przypadkowe ułożenie się względem siebie impulsu determinującego czas zliczania i impulsów wypełniania.
Błąd całkowity przyrządu cyfrowego lub przetwornika analogowo cyfrowego podaje się jako sumę błędów: analogowego i cyfrowego.

48.0pisz sposoby pomiaru pojemności kondensatorów.

Za pomoca przetwornika C/U

49.0pisz sposoby pomiaru indukcyjności cewek,

za pomoca przetwornika L/U

50.Opisz sposoby pomiaru rezystancji.

Omomierz

1.Jakimi cechami powinno się charakteryzować narzędzie pomiarowe ? 1

2.Narzędzia pomiarowe - klasyfikacja. 2

3.Na przykładach wyjaśnij zasadę działania kompensacyjnej metody pomiarowej. 2,3

4.Na przykładach wyjaśnij zasadę działania komparacyjnej metody pomiarowej. 3,4

5.Na przykładach wyjaśnij zasadę działania metody koincydencji i metody podstawieniowej. 4,5

ó.Jednostki miar w układzie SI. Hierarchia wzorców. 5,6,7

7.Podąj definicję błędu bezwzględnego i względnego pomiaru. Co to jest poprawka ? Co to jest niepewność pomiaru ? 7,8

8.Jakie znasz metody obliczania błędów systematycznych przy pomiarach pośrednich.

Wyjaśnij je na przykładzie , np. Y=AB . 8

9.Metody eliminacji błędów systematycznych ( niepewności typu B ) w pomiarach bezpośrednich. 8,9

10.Elektroniczne wzorce napięć stałych. 9,10

11.Budowa i właściwości wzorców rezystancji. 10,11

12,0mów budowę i właściwości wzorców pojemności. Podaj schematy zastępcze

kondensatorów. Zdefiniuj tangens kąta stratności. 11

13.Co oznacza pojęcie klasa miernika analogowego? Jakie znasz klasy mierników? Jaka jest

zależność pomiędzy błędem pomiaru a klasą miernika? 12

14.Co to są warunki znamionowe i jakie są skutki ich nie przestrzegania? 12

15.Mierniki magnetoelektryczne .Budowa. Właściwości. Zastosowania. 12,13,14

16.Watomierze i waromierze. Budowa. Właściwości. 14,15,16

17.Mierniki elektromagnetyczne .Budowa. Właściwości. 17

18.Megaomomierze magnetoelektryczne .Budowa. Właściwości. 17,18

19.Wyjaśnij dlaczego woltomierz powinien mieć możliwie dużą rezystancję wewnętrzną, zaś amperomierz możliwie jak najmniejszą. Jaką rezystancję wewnętrzną mają współcześnie budowane woltomierze i amperomierze? 18

2O.Rezystancyjne, pojemnościowe i indukcyjnościowe dzielniki napięcia.Budowa. Właściwości. 19,20

21.Przekładniki prądowe i napięciowe prądu przemiennego. Cel stosowania. Budowa. Właściwości. 20

22.Przetworniki U/l i l/U. Budowa. Cel stosowania. Właściwości. 21

23 .Przetworniki R/U (omomierze elektroniczne).Budowa. Właściwości. 22

24.Przetworniki C/U. Budowa. Właściwości. 22

25.Przetworniki L/U. Budowa. Właściwości. 22,23

26.Przetworniki prostownikowe wartości średniej. Budowa. Właściwości. 23,24

27.Przetworniki wartości szczytowej. Budowa. Właściwości. 24

28.Przetworniki RMS i TRMS Budowa. Właściwości. Zastosowania. 25

29.Narysuj podstawowe układy pracy wzmacniaczy operacyjnych (układ odwracający, układ

nieodwracający, separator, układ całkujący, układ różniczkujący). Opisz ich właściwości. 25,26,27

30.Budowa lampy oscyloskopowej i podstawowe regulacje: ostrość, jasność, astygmatyzm, przesuwanie plamki „góra-dół" i „prawo-lewo". 27,28,29

31.Budowa oscyloskopu analogowego. Omów rolę podzespołów: synchronizacja i poziom wyzwalania, 29,30

32.Budowa oscyloskopów cyfrowych. Właściwości. Możliwości pomiarowe. 31

33.Wyjaśnić na czym polega przetwarzanie analogowo-cyfrowe sygnałów. Co to jest próbkowanie i kwantowanie sygnału? Jak sieje realizuje? 32

34.Budowa i właściwości częstościomierzy i czasomierzy cyfrowych. 32,33

35.Budowa i właściwości fazomierzy cyfrowych. 34

36.Budowa i zasada działania woltomierzy cyfrowych o przetwarzaniu kompensacyjnym.

37.Budowa i zasada działania woltomierzy cyfrowych o podwójnym całkowaniu. 34,35

38.Budowa i zasada działania omomierzy cyfrowych. 36

39.Budowa i właściwości multimetrów cyfrowych. 36.37

40.Przetworniki hallotronowe i ich zastosowania. 37

41.Co to są systemy pomiarowe? Jaka jest ich struktura? 37

42.W jaki sposób można zmierzyć napięcie stałe o wartości > 1 kV ? 38

43.W jaki sposób można zmierzyć napięcie zmienne o wartości >5 kV ? 38

44.Jakie znasz metody pomiaru częstotliwości ? Opisz te metody. 37

45.W jaki sposób można zmierzyć prąd stały o wartości > 500 A ? 38

46.W jaki sposób można zmierzyć prąd zmienny o wartości > 1 kA ? 38

47 Jak określa się błędy przyrządów cyfrowych ? 38

48.0pisz sposoby pomiaru pojemności kondensatorów. 38

49.0pisz sposoby pomiaru indukcyjności cewek, 38

50.Opisz sposoby pomiaru rezystancji.

40

---