Pomiary i aparatura: zadania i pytania egzaminacyjne

Pomiar wielkości fizycznych za pomocą obwodów elektrycznych: mostki Wheatstone’a, tensometry i przetworniki tensometryczne, wzmacniacze kondycjonujące małe sygnały czujników oraz obciążenie pomiaru przez przyrząd.

Ćwicz ten przedmiot za darmoĆwicz ten przedmiotNapisz egzamin próbny5 darmowych zadań dziennie. Bez karty.

Zestaw na powtórkę (PDF)Wzory, kroki metod i zadania z pełnymi rozwiązaniami, gotowe do wydruku.

Tematy w tym przedmiocie

  1. Mostek Wheatstone’a i tensometryrównowaga i napięcia węzłów · mostki niezrównoważone · tensometry i przetworniki tensometryczneobliczenia
  2. Akwizycja danych i próbkowanieNyquist, LSB i szybkości danych · aliasing, bity i ramki UART · harmoniczne, SQNR i projektowanie systemuobliczenia
  3. Układy ze wzmacniaczami operacyjnymiwzmacniacz odwracający · wzmacniacz nieodwracający · wzmacniacz sumującyobliczenia
  4. Rezystory szeregowo i równolegle3 rezystory · 4 rezystory · drabinka z 6 rezystorówobliczenia
  5. Thévenin i Nortondzielnik · z rezystorem szeregowym i obciążeniem · ze źródłem prądu i obciążeniemobliczenia

Wskazówki egzaminacyjne: Pomiary i aparatura

  • Mostek to dwa dzielniki napięcia: oblicz napięcie każdego węzła i odejmij je.
  • Odkształcenie podaje się zwykle w mikroodkształceniach: 500 µε to 0,0005.
  • Policz czynne tensometry: ćwierćmostek, półmostek i mostek pełny zmieniają napięcie wyjściowe o czynnik 4.

Przykłady z rozwiązaniami

Mostek Wheatstone’a i tensometryŁatwy
+−6 VR1​ = 250 ΩR2​ = 300 ΩR3​ = ?R4​ = 150 ΩabG0

Mostek Wheatstone’a na schemacie równoważy się przez regulację R₃. R₁ = 250 Ω, R₂ = 300 Ω i R₄ = 150 Ω. Wyznacz nastawę R3.

R1 = 250 ΩR2 = 300 ΩR4 = 150 Ω

Oblicz R3 (Ω)

Pokaż podpowiedzi
  1. W równowadze oba dzielniki dają to samo napięcie: Va = Vb.
  2. R₁/R₂ = R₃/R₄.
  3. R₃ = R₁·R₄/R₂.
Pokaż odpowiedź i rozwiązanie krok po kroku

Mostek Wheatstone’a: dwa dzielniki napięcia mają wspólne zasilanie Vs. Lewy dzielnik R1–R2 daje Va = Vs·R2/(R1 + R2), a prawy dzielnik R3–R4 daje Vb = Vs·R4/(R3 + R4); wyjściem jest Vab = Va − Vb. Mostek jest zrównoważony (Vab = 0, brak prądu w mierniku), gdy R1/R2 = R3/R4, czyli R1·R4 = R2·R3. Widziany od strony wyjścia mostek jest źródłem Thévenina o Rth = R1∥R2 + R3∥R4.

Warunek równowagi

R₁·R₄ = R₂·R₃

Nieznany rezystor

R₃ = 250·150/300 = 125 Ω

Odpowiedź

R3 = 125 Ω

Napięcie zasilania nie ma znaczenia w stanie równowagi.

Akwizycja danych i próbkowanieŚredni
Vin​N = 85 V2ᴺ − 101 LSB2,125 V?

8-bitowy ADC o zakresie wejściowym od 0 do 5 V obcina: jego kod wyjściowy to ⌊Vin/LSB⌋, gdzie 1 LSB = VFSR/2ᴺ. Wyznacz dziesiętny kod wyjściowy D dla napięcia wejściowego 2,125 V.

N = 8VFSR = 5 VVin = 2,125 V

Oblicz D

Pokaż podpowiedzi
  1. Najpierw wyznacz wielkość jednego LSB.
  2. 1 LSB = 5/256 = 19,53 mV.
  3. Podziel napięcie wejściowe przez LSB i zachowaj część całkowitą.
Pokaż odpowiedź i rozwiązanie krok po kroku

Rozdzielczość ADC: N-bitowy przetwornik dzieli swój zakres pełnej skali VFSR na 2ᴺ kodów, od 0 do 2ᴺ − 1. Jeden krok to 1 LSB = VFSR/2ᴺ: najmniejsza zmiana, jaką przetwornik potrafi pokazać. ADC z obcinaniem podaje kod ⌊Vin/LSB⌋; ADC z zaokrąglaniem nigdy nie odbiega od prawdziwej wartości o więcej niż ½ LSB, co jest jego błędem kwantyzacji. Każdy dodatkowy bit zmniejsza LSB o połowę i dodaje około 6 dB do idealnego stosunku sygnału do szumu kwantyzacji SQNR = 6,02·N + 1,76 dB dla sinusoidy o pełnej skali. Aby osiągnąć rozdzielczość r na danym zakresie, wybierz najmniejsze N, dla którego 2ᴺ ≥ zakres/r.

Wielkość kroku

1 LSB = 5/28 = 19,53 mV

Kod

Vin/LSB = 2125/19,53 = 108,8
kod = ⌊108,8⌋ = 108

Odpowiedź

D = 108

Zapisany dwójkowo to 01101100.

Jak wygląda ćwiczenie

  • „Ćwicz ten przedmiot” miesza zadania ze wszystkich jego tematów, jak na prawdziwym egzaminie.
  • Każde zadanie ma nowe wartości, więc uczysz się metody, a nie odpowiedzi.
  • Utknąłeś? Najpierw otwórz małą podpowiedź, a pełne wyjaśnienie dopiero wtedy, gdy go potrzebujesz.
  • Egzaminy próbne są mierzone czasem i nie mają podpowiedzi, a na końcu dostajesz wynik i pełne omówienie.

Kalkulatory do tego kursu

Kalkulator rezystorów szeregowych i równoległychKalkulator dzielnika napięciaKalkulator wzmocnienia wzmacniacza operacyjnegoKalkulator równoważnika Thévenina i NortonaKalkulator prawa Ohma (napięcie, natężenie prądu, rezystancja i moc)Kalkulator kodu kolorów rezystorów (4, 5 i 6 pasków)

Powiązane przedmioty

Teoria obwodów 1Elektronika 1Przygotowanie do egzaminu FE Electrical and ComputerPodstawy elektrotechnikiSystemy mechatroniczneTeoria obwodów 2: obwody prądu przemiennegoElektronika cyfrowaFizyka 2: Elektryczność i magnetyzm
Ćwicz ten przedmiot za darmoĆwicz ten przedmiotNapisz egzamin próbny5 darmowych zadań dziennie. Bez karty.