Основы метрологии и электрорадиоизмерения

Министерство высшего и среднего специального образования РСФСР
Ленинградский институт авиационного приборостроения

Основы метрологии и электрорадиоизмерения
Программы, методические указания и контрольные задания
Ленинград
1990

Стоимость выполнения контрольной работы на заказ уточняйте при заказе.
Выполнены следующие варианты:

Вариант 02

Задача 1
Опишите принцип работы одного из промышленных образцов цифрового вольтметра с аналоговым-цифровым преобразователем двойного интегрирования. Приведите структурную схему, временные диаграммы, поясните работу и перечислите его основные технические характеристики.
Задача 2
Рассмотрите факторы, ограничивающие частотный диапазон работы электронных осциллографов. Опишите приборы, применяемые для осциллографирования на сверхнизких и сверхвысоких частотах.
Задача 3
При измерении емкости конденсатора Сх получены следующие результаты ряда повторных наблюдений: 3370, 3400, 3420, 3390,3380, 3420, 3350, 3390, 3360, 3100, 3420 пФ. Определите действительное значение С_х и доверительный интервал случайной погрешности измерения С_х, полагая доверительную вероятность Р=0,95.
Задача 4
Чувствительность анализатора спектра к монохроматическим сигналам Р_м = 90 дБ·Вт, полоса пропускания ∆f = 60 кГц. Определите чувствительность анализатора к импульсным сигналам для двух значений длительности радиоимпульсов τ1 = 1 мкс и τ2 = 0,1 мкс. Поясните причину зависимости чувствительности от длительности измеренных импульсов.
Задача 5
Двумя вольтметрами, один из которых имеет предел измерения 250 В и класс точности 0,5, а другой 100 в и 1,5, измерено напряжение на участке цепи 75 В. Сопротивление приборов одинаковы. Каким из вольтметров будет получен более точный результат.

Дата выполнения: 20/04/2011

Вариант 03

Задача 1
Изобразите структурную схему и поясните принцип действия одного из промышленных образцов ваттметра СВЧ-диапазона для измерения малых мощностей (до 10мВт). Приведите его основные метрологические характеристики.
Задача 2
Перечислите и поясните основные характеристики анализаторов спектра сигнала. Укажите связь между ними и возможные пути улучшения этих характеристик.
Задача 3
Магнитоэлектрический измерительный механизм имеет внутреннее сопротивление 250 Ом, а ток полного отклонения стрелки – 50 мкА. Представьте полную принципиальную схему ампервольтметра на основе этого измерительного механизма и рассчитайте параметры элементов схемы, если требуемые пределы измерения тока – 25 и 125 мА, а напряжения – 5 и 25 В.
Задача 4
Рассчитайте и подберите из стандартного ряда значений сопротивлений резисторов и емкостей конденсаторов для частотно-компенсированного резистивно-емкостного входного делителя напряжения осциллографа, обеспечивающего коэффициент деления 1:100. Входное сопротивление делителя должно быть больше 1 МОм, а его входная емкость – меньше 30 пФ. При расчете учесть, что входное сопротивление усилителя вертикального отклонения осциллографа превышает 100 МОм, а входная емкость составляет около 10 пФ. Приведите схему делителя и оцените ожидаемую погрешность измерения с учетом значений и случайного характера распределения допусков выбранных элементов делителя.
Задача 5
Для измерения значения напряжения на выходе генератора с внутренним сопротивлением R_i использовался электронный вольтметр и получен результат U_изм=48,5В. Для определения поправки на методическую погрешность, обусловленную ответвлением тока в вольтметр, проведено дополнительное (контрольное) измерение при подключенном параллельно вольтметру резистора с сопротивлением Rш равным сопротивлению вольтметра R_v. Результат контрольного измерения U_к=47В. Изобразите эквивалентные схемы цепей при основном и контрольном измерениях, рассчитайте поправку к показаниям вольтметра и действительное значение измеряемого напряжения.

Дата выполнения: 10/05/2012

Вариант 04

Задача 1
Приведите графики и аналитические выражения кривых нормального и равномерного законов распределения случайных погрешностей. Перечислите их основные свойства и параметры.
Задача 2
Нарисуйте структурную схему, опишите принцип действия и перечислите основные технические характеристики одного из промышленных образцов электронного осциллографа.
Задача 3
Измерение длины волны выполнено измерительной линией типа РI-ОА. Зафиксированы положения двух соседних минимумов: l₁ = 87,1 мм и l₂ = 195,6 мм. Определите длину волны и относительную погрешность ее измерения, полагая погрешность отсчета положения зонда на линии 10­³λ_min (λ_min – минимальная длины волны диапазона измерительной линии), разрешающую способность индикатора Δα = 1 дел, прямой отсчет по шкале индикатора в точке минимума α_min = 182 дел и ксв = 2.
Задача 4
Рассчитайте элементы схемы многопредельного магнитоэлектрического вольтметра, представленной на рисунке. Пределы измерения 0-3, 0-30 и 0-300. Относительное входное сопротивление вольтметра 10 кОм/В, основная погрешность δ = 2,5%.
Задача 5
Измерение емкости С_х выполнено куметром Е4-7 по методу замещения. По шкале конденсатора получены значения емкости С₁=100пФ и С₂=85пФ, которые соответствуют настройке куметра в резонанс при отключенной и подключенной емкости С_х. Рассчитайте относительную среднеквадратическую погрешность измерения емкости С_х за счет неточности отсчета по шкале образцового конденсатора и доверительную вероятность, полагая, что погрешность отсчета емкости распределена по закону равной вероятности в пределах +0,5пФ.

Дата выполнения: 10/05/2012

Вариант 05

Задача 1
Опишите методику измерения КСВ с помощью измерительной линии и характер изменения погрешностей при увеличении рабочей частоты.
Задача 2
Как нормируется погрешность средств измерения? Что следует понимать под классом точности измерительного прибора и как им пользоваться при оценке погрешности конкретного измерения?
Задача 3
На вход схемы однополупериодного выпрямления, показанной на рисунке 3, от генератора ГЗ-ЗЗ подано синусоидальное напряжение с действующим значением 10 В. Определите показания аналогового вольтметра ВК7-9 в разных режимах работы (измерение напряжения постоянного или переменного тока) на входе схемы и резисторе R, Поясните, соответствуют ли показания вольтметра ВК7-9 в режиме измерения переменного тока действующему значению напряжения на резисторе R. Вольтметр типа ВК7-9 имеет преобразователь амплитудного значение с закрытым входом, а его шкала проградуирована в действующих значениях синусоидального напряжения. Сопротивление резистора считать много меньшим входного сопротивления вольтметра, а сопротивление открытого и закрытого диодов считать равным нулю и бесконечности соответственно.
Задача 4
Измерение частоты проведено частотомером ЧЗ-35. По шкале частотомера получено значение частоты 1652 кГц. Определить относительную среднеквадратичную погрешность результата измерения. Погрешность дискретности измерения распределена по треугольному закону.
Задача 5
Определить погрешность измерения сопротивления R_x, если его значение было вычислено на основании прямых измерений напряжений U₁ и U₂ по формуле:
R_x=R₀/(U₁/U₂-1),
где R₀ – сопротивление образцового резистора.
Измерение напряжений выполнено вольтметром класс 0,5, с верхним пределом измерений 100 В. Показания U₁ = 100 В, U₂ = 75 в. Погрешность образцового резистора 1%.

Дата выполнения: 10/05/2012

Вариант 06

Задача 1
Приведите структурную схему анализатора распределения вероятностей (статического анализатора) случайных сигналов и опишите принцип его работы. Укажите причины погрешностей анализа распределений.
Задача 2
Поясните принцип действия цифрового измерителя добротности контура и укажите область его применения.
Задача 3
Определите максимальную чувствительность и коэффициенты отклонения осциллографа по каналам У и Х (h_my, h_mх и К_y, К_х), если при одновременной подаче на входы обоих каналов переменного напряжения с амплитудой U_m = 2 В на экране наблюдается осциллограмма высотой 60 мм и шириной 40 мм. Переключатели входных делителей каналов У и Х установлены в положении 1:10 и 1:1, а усиление по каналом максимально.
Задача 4
Вольтметром В4-2 измеряет амплитуда однополярных импульсов длительность τ_и = 1 мс с частотой следования F = 100 Гц. Показания вольтметра U_пок = 9 В. Определите погрешность измерения за счет постоянной составляющей импульсного напряжения U_с и введите поправку к показаниям вольтметра, указав действительное значение амплитуды импульсов.
Задача 5
При определении полного сопротивления нагрузки Z измерительной линией получены следующие результаты: α_мак = 100 дел. и α_мин = 25 дел., при подключении нагрузки произошло смещение минимума пола на Δl = 10 мм (по сравнению с короткозамкнутой линией) в сторону нагрузки. Определите полное сопротивление нагрузки Z, если частота генератора F = 3 ГГц и волновое сопротивление линии 75 Ом.

Дата выполнения: 10/05/2012

Вариант 07

Задача 1
Перечислите и объясните особенности работы электронных вольтметров в области высоких частот.
Задача 2
Приведите структурную схему гетеродинного анализатора спектра последовательного анализа, поясните принцип его работы, приведите основные технические характеристики. Объясните связь между разрешающей способностью и временем анализа.
Задача 3
При проверке согласования генератора СВЧ с нагрузкой с помощью измерительной линии были получены отсчеты по шкале индикатора в максимуме и минимуме электрического поля αмак=95мкА и αмин=28мкА. Определите КСВ и погрешность его измерения. Класс точности индикатора (микроамперметра) – 1,0, а ток полного отклонения 100мкА. Характеристика спектра квадратичная.
Задача 4
Определите амплитуду импульса по его осциллограмме, если высота его изображения на экране l=40мм, чувствительность канала Y h_y = 100 мм/В, переключатель входного делителя находится в положении 1:10 а усиление по каналу Y составляет 50% от максимального.
Задача 5
При измерении сопротивления Rх получены следующие результаты ряда повторных наблюдений: 684, 620,672,678,670,684,675, 678, 683, 681, 674 Ом. Определите действительное значение Rх и доверительный интервал случайной погрешности измерения Rх, полагая доверительную вероятность Р=0,95.

Дата выполнения: 10/05/2012

Вариант 08

Задача 1
Дайте обоснование целесообразности применения ждущей развертки при осциллографировании периодических импульсных сигналов с большой скваженостью. Поясните необходимость включения линии задержки вертикального отклонения осциллографа.
Задача 2
Перечислите основные источник погрешности в цифровых вольтметрах с аналого-цифровыми преобразователями разного типа. Укажите причины возникновения погрешности дискретного счета в ЦВ и дайте объяснения количественным оценкам этой погрешности. Приведите формулу для расчета класса точности ЦВ.
Задача 3
Упрощенная схема промышленного образца амплитудного вольтметра с закрытым входом приводится на рисунке. На вход преобразователя подается исследуемое напряжение u(t), форма которого показа на рисунке. Для установившего режима постройте временные диаграммы напряжение на элементах С₁, R₁, С₂, R₂ преобразователя. Определите, какое из указанных значений характеризует напряжение u(t) измерит вольтметр и каковы будут его показания, если U_o = 5,15 B, U_m = 6,56 B, U_m2 = 1,10 B.
Задача 4
Для измерения параметров конденсатора С_х, R_х, tgδх с последовательной схемой замещения использован мост переменного тока. мост уравновешен при следующих значения параметров:
R₁ = 2 кОм±1%, R₂ = 10 кОм±1%,
С_обр = 2 нФ±3%, r_обр = 100 Ом±1%,
f = 1000 Гц±1%. Выберите схему моста из приведенных на рисунке 4 вариантов, составьте уравнение его равновесия в общем виде, решите эти уравнения относительно неизвестных параметров и определите значения С_х, R_х, tgδх. Произведите оценку погрешности измерения (по формуле для погрешности косвенного измерения) с учетом случайного характера распределения допусков заданных значений.
Задача 5
С помощью образцового ваттметра производилась проверка ваттметра СВЧ-диапазона. Максимальная погрешность измерения была установлена при показаниях образцового ваттметра Р_о = 5,30 мВт, рабочего ваттметра Р_раб = 5 мВт (на пределе измерения Р_макс = 10 мВт). Указанное значение Р_о можно считать действительным.
При проведении измерения мощности с помощью рабочего прибора получен результата Р_и = 2,50 мВт на прежнем пределе измерения. По результатам проверки присвойте ваттметру класс точности. Рассчитайте абсолютную и относительную погрешности измерения.

Дата выполнения: 10/05/2012

Вариант 09

Задача 1
Приведите структурную схему одного из промышленных измерителей амплитудно-частотных характеристик и опишите назначение ее основных узлов. Перечислите его основные метрологические характеристики.
Задача 2
Назовите причины, вызывающие искажение осциллограмм в диапазоне СВЧ.
Задача 3
При аппаратурном определении автокорреляционной функции случайного процесса получены два ее значение к(τ1) = 0,7 и к(τ2) = 0,2 соответствующие временным задержкам τ1 = 0,2 мкс и τ1 = 0,6 мкс.
Определите дисперсию D случайного процесса и максимальное время корреляции τмакс если известно, что корреляционная функция имеет вид:
к(τ)= к(0)е^-ατ
Задача 4
Для проверки коэффициента развертки К_р, мкс/см, канала Х осциллографа типа С1-54 используется в качестве калибратора генератор сигнала синусоидальной формы с частотой f_к = 100 кГц.
В какое положение следует установить переключатель К_р, мкс/см, при калибровке, чтобы линейный размер изображения l одного периода калибруемого сигнала на экране был равен 1 см?
Задача 5
Измерение добротности резонатора производится методом вариации частоты. Резонансным частотомером измерены значения трех частот: f_о = 3000 мГц, f₁ = 2997 мГц, f₂ = 3003 мГц, где f_о – резонансная частота, f₁ и f₂ – частоты при которых показания индикатора уменьшились в два раза по сравнению с показаниями на резонансной частоте (детектор индикатора частотомера работает на квадратичном участке характеристики). Определите добротность резонатора Q и погрешность частотомера δ_f  чтобы ошибка в измерении добротности δ_Q не превышала ±1%.

Дата выполнения: 20/04/2013

Вариант 10

Задача 1
Приведите структурную схему стробоскопического осциллографа и временные диаграммы, поясняющие принцип его работы. Укажите основные преимущества стробоскопического метода при осциллографировании наносекундных импульсов.
Задача 2
Опишите методику измерения параметров катушки индуктивности в области низких и высоких частот резонансным методом. Укажите основные источники погрешностей.
Задача 3
Вольтметром средневыпрямленного значения измерено напряжение на резисторе R, включенном в цепь однополупериодного выпрямителя (рисунок 7). Результат измерения: 3 В.
Какой результат будет получен, если измерение выполнить амплитудным вольтметром с закрытым входом при двух вариантах его подключения к резистору R:
1. Высокопотенциальная клемма вольтметра подключена к клемме 1.
2. Высокопотенциальная клемма вольтметра подключена к клемме 2.
Форму импульса напряжения на резисторе R считать синусоидальной с углом отсечки 60°. Шкалы вольтметров градуированы в эффективных значениях синусоидального напряжения.
Задача 4
Определите наиболее достоверное значение напряжения постоянного тока, измеренного компенсатором постоянного тока, среднеквадратическую погрешность ряда измерений σ_U, среднеквадратическую погрешность среднеарифметического σ_ср, доверительный интервал погрешности при доверительной вероятности 0,95, если результаты 12 равноточных измерений следующие: 100,08; 100,09; 100,10; 100,05; 100,06; 100,04; 100,06; 99,95; 99,92; 100,02; 99,98; 99,97.
Задача 5
В резонансном частотомере используется прямочастотный конденсатор, шкала которого имеет 2500 делений. Определить максимальную и минимальную погрешности частотомера, если погрешность отсчета по всей длине шкалы конденсатора одинакова и составляет два деления, а отношение максимальной емкости к минимальной равно 5.