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电设必备！仪器仪表类题目分析！.doc

发布时间：2022-06-14 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.39M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    1.3.5 仪器仪表类题目分析 仪器仪表类有简易电阻、电容和电感测试仪（第二届，1995 年）、简易数字频率计（第 三届，1997 年）、频率特性测试仪（第四届，1999 年）、数字式工频有效值多用表（第四届， 1999 年）、简易数字存储示波器（第五届，2001 年）、低频数字式相位测量仪（第六届，2003 年），简易逻辑分析仪（第六届，2003 年）。 简易电阻、电容和电感测试仪（第二届，1995 年）要求设计制作一个测量范围：电阻 100Ω～1MΩ；电容 100pF～10000pF；电感 100μH～10mH），测量精度：±5%的电阻、电容 和电感测试仪。涉及到的基础知识包含有：电阻、电容和电感参数变换，单片机或者可编程 逻辑器件，数字显示等。 简易数字频率计（第三届，1997 年）要求设计制作一个测量范围 信号：方波、正弦波； 幅度：0.5V～5V；频率：1Hz～1MHz；测量误差≤0.1%数字频率计。涉及到的基础知识包含 有：信号变换与检测，单片机或者可编程逻辑器件，数字显示等。 频率特性测试仪（第四届，1999 年）要求设计制作一个频率范围 100Hz～100kHz；频 率步进：10Hz；频率稳定度：10-4；测量精度：5％ ；能在全频范围和特定频率范围内自动 步进测量的频率特性测试仪。涉及到的基础知识包含有：信号变换与检测，单片机或者可编 程逻辑器件，数字显示等。 数字式工频有效值多用表（第四届，1999 年）要求设计制作一个能同时对一路工频交 流电（频率波动范围为 50±1Hz、有失真的正弦波）的电压有效值、电流有效值、有功功率、 无功功率、功率因数进行测量的数字式多用表。涉及到的基础知识包含有：电压电流变换与 检测，单片机或者可编程逻辑器件，数字显示等。 简易数字存储示波器（第五届，2001 年）要求设计制作一个一台用普通示波器显示被 测波形的简易数字存储示波器，频率范围为 DC～50kHz，误差≤5%。涉及到的基础知识包 含有：A/D 和 D/A 变换，单片机或者可编程逻辑器件，存储器，数字显示等。 低频数字式相位测量仪（第六届，2003 年）要求设计制作一个低频相位测量系统，包 括相位测量仪、数字式移相信号发生器和移相网络三部分。频率范围：20Hz～20kHz，相位 测量绝对误差≤2°。涉及到的基础知识包含有：相位检测，A/D 和 D/A 变换，单片机或者 可编程逻辑器件，存储器，RC 移相网络，数字显示等。 简易逻辑分析仪（第六届，2003 年）要求设计制作一个 8 路数字信号发生器与简易逻 辑分析仪，能产生 8 路可预置的循环移位逻辑信号序列，输出信号为 TTL 电平，序列时钟 30
    频率为 100Hz，并能够重复输出。涉及到的基础知识包含有：单片机或者可编程逻辑器件， 存储器，数字显示等。 各题目具体要求如下： 1. 简易电阻、电容和电感测试仪[2]（第二届,1995 年） （1）设计任务 设计并制作一台数字显示的电阻、电容和电感参数测试仪，示意框图如图 1.3.23 所示。 图 1.3.23 简易电阻、电容和电感测试仪方框图 （2）设计要求 ①基本要求 a. 测量范围：电阻 100Ω～1MΩ；电容 100pF～10000pF；电感 100μH～10mH。 b. 测量精度：±5% 。 c. 制作 4 位数码管显示器，显示测量数值，并用发光二极管分别指示所测元件的类型和 单位。 ②发挥部分 a. 扩大测量范围。 b. 提高测量精度。 c. 测量量程自动转换。 2. 简易数字频率计[3]（第三届,1997 年） （1）设计任务 设计并制作一台数字显示的简易频率计。 （2）设计要求 ①基本要求 第 1 部分：频率测量： a．测量范围 信号：方波、正弦波；幅度：0.5V～5V；频率：1Hz～1MHz 31
    b．测量误差≤0.1% 第 2 部分：周期测量： a．测量范围 信号：方波、正弦波；幅度：0.5V～5V；频率：1Hz～1MHz b．测量误差≤0.1% 第 3 部分：脉冲宽度测量： a．测量范围 信号：脉冲波；幅度：0.5V～5V；脉冲宽度≥100μs b．测量误差≤1% 第 4 部分：显示器 十进制数字显示，显示刷新时间 1～10 秒连续可调，对上述三种测量功能分别用不同颜 色的发光二极管指示。 第 5 部分：具有自校功能，时标信号频率为 1MHz。 第 6 部分：自行设计并制作满足本设计任务要求的稳压电源。 ②发挥部分 a. 扩展频率测量范围为 0.1Hz～10MHz（信号幅度 0.5V～5V），测量误差降低为 0.01%（最 大闸门时间≤10s）。 b. 测量并显示周期脉冲信号（幅度 0.5V～5V、频率 1Hz～1kHz）的占空比，占空比变化 范围为 10%～90%，测量误差≤1% 。 c. 在 1Hz～1MHz 范围内及测量误差≤1%的条件下，进行小信号的频率测量，提出并实现 抗干扰的措施。 3. 数字式工频有效值多用表[4]（第四届,1999 年） （1）设计任务题目 设计并制作一个能同时对一路工频交流电（频率波动范围为 50±1Hz、有失真的正弦波） 的电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率、功率因数进行测量的数字式多用表。参 见图 1.3.24。 32
    图 1.3.24 数字式工频有效值多用表 （2）设计要求 ①基本要求 第 1 部分：测量功能及量程范围 a. 交流电压：0～500V； b. 交流电流：0～50A； c. 有功功率：0～25kW； e. 无功功率：0～25kvar； f. 功率因数（有功功率/视在功率）：0～1 。 为便于本试题的设计与制作，设定待测 0～500V 的交流电压、0～50A 的交流电流均已 经相应的变换器转换为 0～5V 的交流电压。 第 2 部分：准确度 a. 显示为 位（0.000～4.999），有过量程指示； b. 交流电压和交流电流：±（0.8％读数＋5 个字），例：当被测电压为 300V 时，读数误 差应小于± （0.8％×300V＋0.5V）＝ 2.9V ； c. 有功功率和无功功率：±（1.5％读数＋8 个字）； f. 功率因数：± 0.01 。 第 3 部分：功能选择：用按键选择交流电压、交流电流、有功功率、无功功率和功率因数的 测量与显示。 ②发挥部分 a. 用按键选择电压基波及总谐波的有效值测量与显示。 b. 具有量程自动转换功能，当变换器输出的电压值小于 0.5V 时，能自动提高分辨力达 0.01V。 c. 用按键控制实现交流电压、交流电流、有功功率、无功功率在测试过程中的最大值、 33
    最小值测量。 e. 其它（例如扩展功能，提高性能）。 （3）说明 a. 调试时可用函数发生器输出的正弦信号电压作为一路交流电压信号；再经移相输出代 表同一路的电流信号。 b. 检查交流电压、交流电流有效值测量功能时，可采用函数发生器输出的对称方波信号。 电压基波、谐波的测试可用函数发生器输出的对称方波作为标准信号，测试结果应与理论值 进行比较分析。 4. 频率特性测试仪[4]（第四届,1999 年） （1）设计任务 设计并制作一个频率特性测试系统，包含测试信号源、被测网络、检波及显示三部分， 如图 1.3.25 所示。 （2）设计要求 ①基本要求 图 1.3.25 频率特性测试仪方框图 第 1 部分：制作幅频特性测试仪 a．频率范围：100Hz～100kHz； b．频率步进：10Hz； c．频率稳定度：10-4； d．测量精度：5％ ； e．能在全频范围和特定频率范围内自动步进测量，可手动预置测量范围及步进频率值； f．LED 显示，频率显示为 5 位，电压显示为 3 位，并能打印输出。 第 2 部分：制作一被测网络 a．电路型式：阻容双 T 网络； b. 中心频率：5kHz； c. 带宽：± 50Hz； e. 计算出网络的幅频和相频特性，并绘制相位曲线； 34
    f. 用所制作的幅频特性测试仪测试自制的被测网络的幅频特性。 ②发挥部分 a. 制作相频特性测试仪 频率范围：500Hz～10kHz； 相位度数显示：相位值显示为三位，另以一位作符号显示； 测量精度：3° 。 b. 用示波器显示幅频特性。 c. 在示波器上同时显示幅频和相频特性。 e. 其它。 （3）说明 发挥部分 b、c 均用所制作的频率特性测试仪测试自制的被测网络的幅频特性和相频特 性。 5. 简易数字存储示波器[5]（第五届，2001 年） （1）设计任务 设计并制作一台用普通示波器显示被测波形的简易数字存储示波器，示意图如图 1.3.26 所示。 图 1.3.26 简易数字存储示波器方框图 （2）设计要求 ①基本要求 a. 要求仪器具有单次触发存储显示方式，即每按动一次“单次触发”键，仪器在满足 触发条件时，能对被测周期信号或单次非周期信号进行一次采集与存储，然后连续显示。 b. 要求仪器的输入阻抗大于 100kΩ，垂直分辨率为 32 级/div，水平分辨率为 20 点/div； 设示波器显示屏水平刻度为 10div，垂直刻度为 8div。 c. 要求设置 0.2s/div、0.2ms/div、20μs/div 三档扫描速度，仪器的频率范围为 DC～50kHz， 35
    误差≤5%。 d. 要求设置 0.1V/div、1V/div 二档垂直灵敏度，误差≤5%。 e. 仪器的触发电路采用内触发方式，要求上升沿触发、触发电平可调。 f. 观测波形无明显失真。 ②发挥部分 a. 增加连续触发存储显示方式，在这种方式下，仪器能连续对信号进行采集、存储并实 时显示，且具有锁存（按“锁存”键即可存储当前波形）功能。 b. 增加双踪示波功能，能同时显示两路被测信号波形。 c. 增加水平移动扩展显示功能，要求存储深度增加一倍，并且能通过操作“移动” 键 显示被存储信号波形的任一部分。 d. 垂直灵敏度增加 0.01V/div 档，以提高仪器的垂直灵敏度，并尽力减小输入短路时的 输出噪声电压。 e. 其它。 （3）说明 测试过程中，不能对普通示波器进行操作和调整。 6. 低频数字式相位测量仪[6]（第六届，2003 年） （1）设计任务 设计并制作一个低频相位测量系统，包括相位测量仪、数字式移相信号发生器和移相网 络三部分，示意图如图 1.3.27～1.3.29 所示。 （2）设计要求 ①基本要求 第 1 部分：设计并制作一个相位测量仪（参见图 1.3.17） a．频率范围：20Hz～20kHz。 b．相位测量仪的输入阻抗≥100k  。 c．允许两路输入正弦信号峰-峰值可分别在 1V～5V 范围内变化。 d．相位测量绝对误差≤2°。 e．具有频率测量及数字显示功能。 f． 相位差数字显示：相位读数为 0o~359.9o，分辨力为 0.1°。 36
    第 2 部分：参考图 1.3.18 制作一个移相网络 a．输入信号频率：100Hz、1kHz、10kHz。 b．连续相移范围：－45°～＋45°。 c．A＇、B＇输出的正弦信号峰-峰值可分别在 0.3V～5V 范围内变化。 ②发挥部分 第 1 部分：设计并制作一个数字式移相信号发生器（图 1.3.29），用以产生相位测量仪 所需的输入正弦信号，要求： a．频率范围：20Hz～20kHz，频率步进为 20Hz，输出频率可预置。 b．A、B 输出的正弦信号峰-峰值可分别在 0.3V～5V 范围内变化。 c．相位差范围为 0～359°，相位差步进为 1°，相位差值可预置。 d．数字显示预置的频率、相位差值。 第 2 部分：在保持相位测量仪测量误差和频率范围不变的条件下，扩展相位测量仪输入正 弦电压峰-峰值至 0.3V～5V 范围。 第 3 部分：用数字移相信号发生器校验相位测量仪，自选几个频点、相位差值和不同幅度 进行校验。 数字 显示 相位 测量 A 输入 B 输入 数字 显示 数字式移相 信号发生器 A 输出 B 输出 图 1.3.27 相位测量仪 图 1.3.29 数字式移相信号发生器 移相输入 U1 C R R C － + － + Uo3 Uo1 P Uo2 A＇输出 B＇输出 GND 图 1.3.28 移相网络 37
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