Перечень вопросов к экзаменационным билетам

«ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИИ И ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА»

1. Виды измерений. Различие между прямыми, косвенными, совокупными и совместными измерениями. В каких случаях используют каждый из этих видов измерений?

2. Методы измерений. Различие между методами непосредственной оценки, дифференциальным, нулевым, замещения по сущности, по точности, по простоте реализации.

3. Средства измерительной техники. Различие между средствами и устройствами измерений.

4. Единство измерений. В чем смысл основных положений ГСИ? С какой целью и как осуществляется поверка СИТ? Как осуществляется передача размера физической величины средствам измерений? Различие между эталонами, образцовыми и рабочими СИТ.

5. Погрешности измерений. Числовые оценки погрешностей. Различие между систематической и случайной, инструментальной и методической, аддитивной и мультипликативной, статической и динамической погрешностями. В чем заключается разница между погрешностью измерения и погрешностью средств измерений? Как проявляется и как учитывается систематическая погрешность измерения? Как уменьшить влияние систематической погрешности на результат измерения? Как выбрать измерительный прибор для уменьшения систематической погрешности? Как проявляется случайная погрешность измерения? Как уменьшить влияние на результат измерения случайных погрешностей? Какие приборы (более точные или более чувствительные) следует выбирать при проведении многократных измерений. Почему инструментальная погрешность может быть указана в паспорте прибора, а методическая – не может? Почему погрешность измерения динамической величины больше погрешности статического измерения?

6. Понятие неопределенности измерения. Различие между погрешностью и неопределенностью измерения.

7. Классы точности. Почему для приборов с преобладающей постоянной составляющей погрешности нормируется значение приведенной погрешности? Почему для приборов с преобладающей переменной составляющей погрешности нормируется значение относительной погрешности? Почему для приборов с соизмеримыми аддитивной и мультипликативной погрешностями нельзя нормировать одно допустимое значение погрешности для всего диапазона измерения? Для каких приборов предельное значение погрешности, нормированное классом точности, соответствует только конкретному измерению? Почему класс точности не может полностью характеризовать точность измерения этим прибором? Как необходимо выбрать предел измерения прибора для получения более точного измерения?

8. Представление результатов измерений. Определение значения измеряемой величины. Показатели, принятые для характеристики точности измерения. Правила представления показателей точности. Как следует округлять значение погрешности измерения и почему? Почему при обработке результатов измерений методическую погрешность не суммируют с инструментальной погрешностью? Оценивание погрешности измерений. Почему составляющие погрешности не суммируют алгебраически?

9. Измерительный эксперимент. Отличие измерительного эксперимента от технических измерений. Операции, выполняемые при установлении математической модели измеряемой величины по результатам измерительного эксперимента. Как правильно подобрать аналитическую функцию для аппроксимации по результатам измерительного эксперимента? Погрешности измерительного эксперимента. Чем обусловлена погрешность адекватности математической модели, и как ее можно уменьшить?

10. При поверке амперметра (или вольтметра) с пределом измерения I_н (U_н) получены значения основной погрешности: Δ ₁, Δ ₂, Δ ₃, Δ ₄, Δ ₅. Соответствует ли этот прибор классу точности К (или какому классу точности соответствует этот прибор)?

11. Каким наименьшим классом точности должен обладать амперметр (или вольтметр), чтобы относительная погрешность измерения тока в диапазоне от I₁ (U₁) до предела измерения I_н (U_н) не превышала n%?

12. Представьте результат измерения сопротивления омметром, имеющим класс точности К, предел измерения R_н и длину шкалы ℓ _н, если показание прибора составило R, а 1 мм шкалы в области отклонения стрелки соответствует n Ом.

13. Вольтметром (или амперметром) с пределом измерения U_н (I_н) измеряется напряжение U (I). При каком из указанных классов точности погрешность измерения будет меньше:

а) 1.0; б); в) 1.0 / 0.5?

14. Из двух амперметров (или вольтметров) выберите прибор для измерения тока (напряжения) I (U) с минимальной погрешностью, если первый амперметр (или вольтметр) имеет предел измерения I_н1 (U_н1) и класс точности К₁, а второй – соответственно I_н2 (U_н2) и К₂.

15. При измерении величины, вдвое меньшей предела измерения прибора с преобладающей аддитивной (мультипликативной) погрешностью (с соизмеримыми аддитивной и мультипликативной погрешностями), относительная погрешность составила n %. Какой максимальный класс точности может иметь прибор?

16. ЭДС источника с внутренним сопротивлением R₀ измеряется вольтметром класса точности К с пределом измерения U_н и сопротивлением R_V. Найдите методическую погрешность и запишите результат измерения, если вольтметр показал U.

17. К источнику питания последовательно присоединены два резистора c сопротивлением R. Напряжение на одном из них измеряется путем однократного подключения вольтметра, имеющего класс точности К, предел измерения U_н и сопротивление R_V. Вычислите методическую погрешность и запишите результат измерения, если вольтметр показал U.

18. Ток в одной из параллельных ветвей цепи постоянного тока находится по показаниям амперметров в общей части цепи I₀ и в другой параллельной ветви I₁. Представьте результат измерения искомого тока, если амперметры имеют пределы измерения I_н0, I_н1 и классы точности К.

19. Сопротивление измеряется по схеме «амперметр после (до) вольтметра». Определите методическую погрешность измерения при следующих условиях: показания приборов I и U, пределы измерения I_н и U_н, классы точности амперметра К_А и вольтметра К_V, сопротивления амперметра R_А и вольтметра R_V.

20. Сопротивление измеряется по схеме «амперметр после (до) вольтметра». Представьте результат измерения при следующих условиях: показания приборов I и U, пределы измерения I_н и U_н, классы точности амперметра К_А и вольтметра К_V, сопротивления амперметра R_А и вольтметра R_V.

21. Мощность симметричной трехфазной нагрузки определяется по показаниям ваттметра, включенного на измерение мощности одной фазы. Представьте результат измерения, если показание ваттметра Р, предел измерения Р_н, а класс точности К.

22. Мощность нагрузки определяется как сумма показаний двух ваттметров. Представьте результат измерения, если показания ваттметров Р₁ и Р₂. Ваттметры имеют пределы измерения Р_н1 и Р_н2 и класс точности К.

23. Мощность нагрузки в цепи постоянного тока измеряется с помощью амперметра и вольтметра, включенных по схеме “амперметр до (после) вольтметра”. Представьте результат измерения при следующих условиях: показания приборов I и U, пределы измерения I_н и U_н, классы точности К_А и К_V, сопротивления R_А и R_V.

24. Мощность нагрузки находится по показаниям амперметра и омметра. Представьте результат измерения, если показания приборов I и R, пределы измерения I_н и R_н, а классы точности амперметра К_А, омметра К_R.

25. Измерительные преобразователи электрических величин, назначение и основные типы. С помощью каких преобразователей можно расширить диапазон измерения приборов по напряжению (току)? Рабочий и аварийный режимы работы измерительного трансформатора тока (напряжения). Сколько измерительных приборов можно подключить к измерительному трансформатору тока (напряжения) и чем ограничено их количество? Как заменить прибор во вторичной цепи измерительного трансформатора тока (напряжения)?

26. Электромеханические приборы. На каких физических явлениях основан принцип действия магнитоэлектрических, электромагнитных, электродинамических, ферродинамических, электростатических, индукционных приборов? С какой целью и как в электромеханических приборах создается противодействующий момент? У каких приборов и почему в отключенном состоянии и при нулевом значении измеряемой величины стрелка может не находиться на нулевой отметке?

27. Почему электродинамические приборы имеют более высокую точность, чем электромагнитные? Почему электромагнитные приборы имеют высокую перегрузочную способность, а электродинамические – низкую? Почему для расширения предела измерения электромагнитных и электродинамических приборов не используются шунты? Почему для расширения предела измерения электростатических вольтметров применяют делители напряжения, а не добавочные сопротивления, и почему при постоянном напряжении – резистивные делители, а при переменном – емкостные? Почему один и тот же электромагнитный прибор может давать разные показания в цепи постоянного и в цепи переменного тока одинакового значения? Какие приборы невозможно использовать для измерений в цепях синусоидального тока и почему? Какие приборы нельзя включать в цепь постоянного тока и почему? Какими приборами можно измерить ток очень низкой частоты? Какими приборами можно измерить напряжение очень высокой частоты? Приборы каких систем можно использовать для измерения несинусоидального тока (напряжения)? Почему выпрямительные приборы не используются для измерений в цепях несинусоидального тока?

28. Определите показания вольтметров (амперметров) разных систем при измерении напряжения (тока) заданной формы (синусоидальной, несинусоидальной с постоянной составляющей и без нее, периодической прямоугольной, прямоугольных импульсов с известной амплитудой и скважностью).

29. Определите показания амперметра, подключенного к шунту с сопротивлением R_ш, при измерении тока I, если сопротивление амперметра R_А.

30. К миллиамперметру с пределом измерения I_н и внутренним сопротивлением R_А подключен шунт. При измерении тока, равного I, стрелка прибора с шунтом остановилась против деления N мА. Определите сопротивление шунта и новый предел измерения прибора.

31. Амперметр с номинальным током I_н и внутренним сопротивлением R_А проградуирован для работы с шунтом R_ш1. Определите значение измеряемого тока, если при включении этого прибора с шунтом R_ш2 он показал I.

32. Магнитоэлектрический вольтметр имеет предел измерения U_н1 при собственном потреблении Р_V. Как расширить предел измерения этого вольтметра до U_н2?

33. Какое наибольшее постоянное напряжение может быть измерено вольтметром с пределом измерения U_н и сопротивлением R_V при включении вольтметра через делитель напряжения R₁, R₂?

34. Какое наибольшее напряжение может быть измерено электростатическим вольтметром с пределом измерения U_н при включении его через емкостной делитель С₁, С₂, если входная емкость вольтметра С_V? Приведите схему включения прибора.

35. К вторичной обмотке измерительного трансформатора напряжения подключены вольтметр с внутренним сопротивлением R_V, обмотки напряжения ваттметра (R_P) и счетчика (R_W). Определите режим работы трансформатора, имеющего следующие номинальные данные: U_1н, U_2н, S_н.

36. К вторичной обмотке измерительного трансформатора тока подключены амперметр с собственным потреблением S_A, токовые обмотки ваттметра (S_P) и счетчика (S_W). Определите режим работы трансформатора, имеющего следующие номинальные данные: I_1н, I_2н, R_н.

37. Расход энергии за календарный месяц по показанию счетчика составил W. Определите число оборотов диска счетчика за это время, если номинальная постоянная счетчика C_н.

38. Измерительные мосты. Какие схемы называют мостовыми? Уравновешенные и неуравновешенные мосты. Чем объясняется высокая точность измерительных мостов? Почему в качестве нулевого указателя в измерительных мостах постоянного тока используются только гальванометры? Условие равновесия мостов постоянного тока. Почему сопротивление нулевого указателя не входит в условие равновесия? Условия равновесия мостов переменного тока. Почему не каждая мостовая схема на переменном токе может быть уравновешена?

39. Три плеча моста постоянного тока имеют одинаковое сопротивление R, сопротивление гальванометра R_г, напряжение источника питания Е. Приведите схему моста и определите сопротивление четвертого плеча в уравновешенном состоянии, а также входное сопротивление схемы по отношению к источнику питания.

40. Три плеча моста постоянного тока имеют одинаковое сопротивление R. Внутреннее сопротивление источника питания R₀, а гальванометра R_г. Определите сопротивление четвертого плеча в уравновешенном состоянии моста, а также входное сопротивление схемы по отношению к гальванометру. Приведите схему моста.

41. В одно из плеч мостовой схемы включен датчик температуры, имеющий сопротивление R_д при 0°С. Смежные плечи моста составляют R₁ и R₂. Каким должно быть сопротивление четвертого плеча, чтобы мост был уравновешен при температуре Т, если чувствительность датчика N % / °C.

42. Электроннолучевые осциллографы. Назначение ЭЛО. Электронно-лучевая трубка, физические явления, положенные в основу работы ЭЛТ. Перечислите входы ЭЛТ.

43. В схеме подключения питания электронно-лучевой трубки перепутали выводы катода и модулятора; как это отразится на работе трубки? Как изменится изображение на экране осциллографа при изменении напряжения на первом аноде? Почему на второй анод ЭЛТ осциллографа подводится высокое напряжение? Как изменится изображение на экране осциллографа, если напряжение на втором аноде увеличится (уменьшится)?

44. Объясните, как и почему осциллограмму можно сместить в любое место экрана осциллографа? Почему при изменении коэффициента развертки можно получить на экране осциллограмму в виде движущейся точки, мигающей или немигающей кривой? Перечислите случаи, когда в исправном осциллографе изображения на экране не будет. Какие регулировки следует выполнить, если при включении осциллографа изображение на экране отсутствует? Перечислите случаи, когда в исправно работающем осциллографе изображение на экране будет отсутствовать в отдельные моменты времени.

45. Осциллографические развертки. Что называется разверткой? Назначение развертки. Различие между линейной, синусоидальной и круговой развертками. Какой вид будет иметь осциллограмма при линейной (синусоидальной) развертке? Какой вид будет иметь осциллограмма при круговой развертке, если частота исследуемого напряжения меньше (больше) частоты напряжения развертки?

46. В каких режимах может работать генератор развертки осциллографа, и в каких случаях эти режимы устанавливают? Какой режим генератора развертки устанавливают при синхронизации изображения и почему? Какое назначение имеет блок синхронизации осциллографа? Почему почти всегда в осциллографе используется режим внутренней синхронизации? Как практически можно синхронизировать изображение на экране осциллографа? Как изменится изображение на экране осциллографа при нарушении условия синхронизации? Почему при подключении входа Х изображение на экране осциллографа не синхронизируется? Почему при синусоидальной развертке в универсальном осциллографе нельзя получить устойчивое неподвижное изображение на сколь ни будь длительное время?

47. Как изменится изображение на экране осциллографа при подаче на модулятор синусоидального напряжения? В каком случае осциллограмма исследуемого процесса на экране осциллографа получается в виде штриховой линии? В каком случае исследуемый сигнал подается на модулятор электронно-лучевой трубки?

48. Как используются калибраторы амплитуды и длительности осциллографа? Чем отличаются открытый и закрытый входы осциллографа и как они используются?

49. Какие значения исследуемого напряжения: мгновенное, амплитудное, действующее, среднее – могут быть непосредственно измерены осциллографом? Какая электрическая величина: ток, напряжение, частота, фазовый угол – может быть измерена электронно-лучевым осциллографом с наибольшей точностью и почему?

50. Постройте осциллограмму при подаче на входы осциллографа напряжений заданной формы, если генератор развертки: а) включен; б) выключен.

51. Амплитуде синусоидального напряжения на экране осциллографа соответствует вертикальная линия длиной ℓ делений, а при подключении калибратора амплитуды расстояние между светящимися точками равно N делениям. Определите коэффициент отклонения и действующее значение исследуемого напряжения, если калибровочное напряжение составляет U_к.

52. Определите амплитуду и действующее значение синусоидального тока, измеренного в цепи нагрузки R_н с помощью образцового резистора R_o, если на экране осциллографа получена вертикальная линия длиной ℓ делений при коэффициенте отклонения К_о.

53. Определите постоянную составляющую и амплитуду переменной составляющей напряжения по виду осциллограммы при открытом входе и закрытом входе осциллографа. Известны коэффициент отклонения К_о и коэффициент развертки К_р.

54. Определите крутизну фронта и среза, а также длительность и скважность импульсов по осциллограмме на экране осциллографа, если коэффициент отклонения К_о, а коэффициент развертки К_р .

55. По осциллограмме при синусоидальной развертке определите частоту f_y при известной частоте f_x.

56. Определите частоту исследуемого напряжения, если частота напряжения на входе f_z, а осциллограмма имеет указанный вид.

57. К входу А двухлучевого осциллографа подведено напряжение на нагрузке Z_н, а к входу В - напряжение с образцового резистора R_о, включенного последовательно с нагрузкой. По полученной осциллограмме определите сопротивление Z_н и фазовый сдвиг, если коэффициент отклонения К_о.

58. Определите фазовый сдвиг по изображению эллипса (ход луча показан стрелками). Ответ обосновать построением.

59. На экране осциллографа получено изображение эллипса, состоящее из N штрихов. Определите период и частоту напряжения калибратора длительности, если частота развертывающего напряжения f_р.

60. Цифровые измерительные приборы. Отличие цифрового прибора от электромеханического. Методы преобразования измеряемой аналоговой величины в цифровой код. Сформулируйте, в чем заключается принцип действия цифровых приборов последовательного счета с непосредственным преобразованием в код временных интервалов; с непосредственным преобразованием в код частоты; с непосредственным преобразованием в код напряжения. На чем основан принцип работы цифровых приборов последовательного приближения? В чем заключается принцип действия цифровых приборов считывания?

61. Погрешности ЦИП. Различие между погрешностями дискретизации, реализации уровней квантования и от наличия порога чувствительности.

62. В чем заключается различие между циклическим и следящим режимами работы ЦИП? Как по показаниям прибора определить режим его работы?

63. Виртуальные измерительные приборы. Какой прибор называется виртуальным? Чем отличаются ВИП от ЦИП?

64. Определите минимальную частоту квантующих импульсов, при которой максимальная погрешность от наличия порога чувствительности (максимальная погрешность квантования) цифрового таймера не превышает Δ t. Какой результат в этом случае будет зафиксирован на индикаторе при измерении временного интервала t_x?

65.

66. Напряжение на входе время-импульсного вольтметра U_x. Определите, какой результат будет зафиксирован на индикаторе прибора, если частота квантующих импульсов f_o , а время измерения составило t.

67. Определите, какой результат будет зафиксирован на индикаторе и какова частота квантующих импульсов цифрового вольтметра при измерении напряжения U_x, если шаг квантования ГЛСН U_k, а время измерения t.

68.

69. Определите, какой результат будет зафиксирован на индикаторе цифрового вольтметра, и найдите минимальное время измерения напряжения U_x, если шаг квантования ГЛСН U_k, а стабильная частота генератора импульсов f_о.

70. Определите значение измеряемой частоты и абсолютную погрешность квантования, если на счетчик импульсов время-импульсного частотомера поступило N квантующих импульсов частотой f_о, а измерение произведено за один период исследуемого напряжения.

71.

72. В чем заключается различие между однофазными и трехфазными ваттметрами и счетчиками электрической энергии? По каким схемам включают трехфазные приборы? Почему у трехфазного ваттметра и счетчика электрической энергии делается разметка генераторных выводов обмоток? Чем отличаются трехфазные ваттметры и счетчики электрической энергии для измерения реактивной мощности и энергии от приборов для измерения активной мощности и энергии?

73. Объясните, при каком коэффициенте мощности симметричной трехфазной нагрузки показания двух ваттметров в трехпроводной цепи будут одинаковыми (показания одного из них будут равны нулю)?

74. Определите показание ваттметра, обмотка напряжения (токовая обмотка) которого включена в цепь через измерительный трансформатор с номинальными данными U_1н (I_1н), U_2н (I_2н). Напряжение питания схемы U, ток нагрузки I, фазовый сдвиг φ.

75. Активная мощность симметричной трехфазной нагрузки измеряется по схеме двух приборов, токовые обмотки которых включены в фазы А и В (А и С; В и С). Показания первого ваттметра 0, а второго – Р₂. Определите мощность, коэффициент мощности, фазовый сдвиг нагрузки. Приведите схему включения приборов.

76. Активная мощность симметричной трехфазной нагрузки измеряется по схеме двух ваттметров, токовые обмотки которых включены в фазы А и В (А и С; В и С). Определите мощность нагрузки и коэффициент мощности, если показания ваттметров одинаковы, а U_л и I_л известны. Приведите схему включения приборов.

77. Активная (реактивная) мощность симметричной трехфазной нагрузки измеряется по схеме двух приборов, токовые обмотки которых включены в фазы А и В (А и С; В и С). Определите показания ваттметров и мощность нагрузки, если известны U_л, I_л и коэффициент мощности. Приведите схему включения приборов.

78. Активная (реактивная) мощность симметричной трехфазной нагрузки измеряется двумя ваттметрами, включенными через измерительные трансформаторы тока и напряжения. Определите показания ваттметров и фазовый сдвиг нагрузки, если номинальные данные трансформаторов: I_1н, I_2н, U_1н, U_2н, а в результате измерения получена мощность Р (Q). Приведите схему включения приборов.

79. Активная (реактивная) мощность симметричной трехфазной нагрузки измеряется двумя ваттметрами, включенными через измерительные трансформаторы тока и напряжения. Определите мощность нагрузки, если показания ваттметров Р₁ и Р₂, номинальные данные трансформаторов I_1н, I_2н, U_1н, U_2н. Приведите схему включения приборов.

80. Энергия, потребляемая трехфазной нагрузкой, измеряется по схеме двух приборов, включенных через измерительные трансформаторы. Определите среднечасовой расход энергии, если суточные показания счетчиков W₁ и W₂, номинальные данные трансформаторов I_1н, I_2н, U_1н, U_2н. Приведите схему включения приборов.

81. Энергия, потребляемая трехфазной нагрузкой, измеряется по схеме трех приборов, включенных через измерительные трансформаторы тока и напряжения. Определите суточный расход энергии, если известны U_л, I_л, фазовый сдвиг φ и номинальные данные трансформаторов U_1н, U_2н, I_1н, I_2н. Приведите схему включения приборов.

82. Какие измерительные приборы используют для измерения силы тока (напряжения) высокой частоты? Какие измерительные приборы используют для измерения постоянной (переменной) составляющей несинусоидального периодического тока (напряжения)? Какие измерительные приборы используют для измерений в маломощной цепи? Как измеряют очень большие токи и напряжения? Какие измерительные приборы используют для измерения коэффициента мощности?

83. Измерительные преобразователи магнитных величин. Принцип действия. Какие измерительные преобразователи магнитных величин основаны на явлении электромагнитной индукции, на использовании свойств полупроводников? Перечислите измерительные преобразователи, которые используются для измерения магнитной индукции.

84. Измерительные преобразователи неэлектрических величин. Принцип действия. Чем отличаются генераторные преобразователи неэлектрических величин от параметрических? Какие измерительные преобразователи неэлектрических величин основаны на использовании свойств полупроводников? Какие измерительные преобразователи неэлектрических величин основаны на изменении омического (реактивного) сопротивления?

85. Измерительные информационные системы. В чем заключается различие измерительных информационных систем по функциональному назначению, по организации алгоритма работы, по дальности действия? Носители измерительной информации и их информативные параметры. Чем отличается передача измерительной информации значением постоянного напряжения, амплитудной модуляцией синусоидального напряжения, амплитудно-импульсной модуляцией? Чем отличаются амплитудно-импульсная, частотно-импульсная и широтно-импульсная модуляции? В чем заключается различие в передаче информации последовательного и параллельного типа? Чем отличаются системы с непрерывным контролем и с дискретным контролем? В чем заключается различие видов проверок в системе технической диагностики?