Obwody DC Bridge

Resistors in series | Circuits | Physics | Khan Academy (Lipiec 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Obwody DC Bridge

Obwody elektryczne prądu stałego


Pytanie 1

Nie siedź tam! Zbuduj coś !!

Nauka matematycznego analizowania obwodów wymaga dużo nauki i praktyki. Zazwyczaj uczniowie ćwiczą poprzez pracę z wieloma problemami i sprawdzanie swoich odpowiedzi w porównaniu z tymi dostarczonymi przez podręcznik lub instruktora. Chociaż jest to dobre, istnieje o wiele lepszy sposób.

Dowiesz się o wiele więcej, budując i analizując rzeczywiste obwody, pozwalając swojemu sprzętowi testowemu dostarczać "odpowiedzi" zamiast książki lub innej osoby. Aby odnieść sukces w budowaniu obwodów, wykonaj następujące kroki:

  1. Dokładnie zmierz i zapisz wszystkie wartości składników przed budową obwodu.
  2. Narysuj schemat obwodu, który będzie analizowany.
  3. Ostrożnie zbuduj ten obwód na płytce protezowej lub innym dogodnym podłożu.
  4. Sprawdź dokładność konstrukcji obwodu, po każdym przewodzie do każdego punktu połączenia i sprawdzaj te elementy jeden po drugim na schemacie.
  5. Matematycznie analizuj obwód, rozwiązując wszystkie wartości napięcia, prądu itp.
  6. Dokładnie zmierz te ilości, aby zweryfikować dokładność analizy.
  7. Jeśli wystąpią jakiekolwiek istotne błędy (większe niż kilka procent), dokładnie sprawdź konstrukcję obwodu względem diagramu, a następnie dokładnie oblicz ponownie wartości i ponownie zmierz pomiar.

Unikaj bardzo wysokich i bardzo niskich wartości rezystora, aby uniknąć błędów pomiarowych spowodowanych przez "ładowanie" miernika. Polecam rezystory od 1 kΩ do 100 kΩ, chyba że celem obwodu jest zilustrowanie wpływu obciążenia licznika!

Jednym ze sposobów zaoszczędzenia czasu i zmniejszenia prawdopodobieństwa błędu jest rozpoczęcie od bardzo prostego obwodu i stopniowe dodawanie składników w celu zwiększenia jego złożoności po każdej analizie, zamiast budowania zupełnie nowego obwodu dla każdego problemu praktycznego. Inną techniką oszczędzającą czas jest ponowne użycie tych samych komponentów w różnych konfiguracjach obwodów. W ten sposób nie będziesz musiał zmierzyć wartości żadnego składnika więcej niż jeden raz.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Pozwól, by elektrony same udzieliły odpowiedzi na twoje własne "problemy praktyczne"!

Uwagi:

Z mojego doświadczenia wynika, że ​​studenci potrzebują wielu ćwiczeń z analizą obwodów, aby stać się biegły. W tym celu instruktorzy zwykle zapewniają swoim uczniom wiele problemów związanych z praktyką i udzielają odpowiedzi uczniom, którzy mogą sprawdzić swoją pracę. Takie podejście sprawia, że ​​uczniowie biegle posługują się teorią obwodów, ale nie potrafią ich w pełni wykształcić.

Uczniowie nie potrzebują jedynie praktyki matematycznej. Potrzebują także prawdziwych, praktycznych ćwiczeń w budowaniu obwodów i korzystaniu z urządzeń testowych. Sugeruję następujące alternatywne podejście: uczniowie powinni budować własne "problemy praktyczne" z rzeczywistymi komponentami i próbować matematycznie przewidywać różne wartości napięcia i prądu. W ten sposób teoria matematyczna "ożywa", a uczniowie zyskują praktyczną biegłość, której nie zyskaliby jedynie przez rozwiązywanie równań.

Innym powodem zastosowania tej metody jest nauczenie studentów metody naukowej : proces testowania hipotezy (w tym przypadku matematycznych przewidywań) poprzez przeprowadzenie prawdziwego eksperymentu. Uczniowie będą również rozwijać prawdziwe umiejętności rozwiązywania problemów, ponieważ czasami popełniają błędy konstrukcyjne obwodu.

Spędź kilka chwil ze swoją klasą, aby zapoznać się z niektórymi "zasadami" budowania obwodów przed ich rozpoczęciem. Porozmawiaj o tych problemach ze swoimi uczniami w taki sam sposób, w jaki zwykle omawiasz pytania z arkusza roboczego, zamiast po prostu mówić im, czego powinni i czego nie powinni robić. Nigdy nie przestaje mnie dziwić, jak słabo studenci chwytają instrukcje, gdy są prezentowane w typowym wykładzie (monolog instruktorski)!

Uwaga dla instruktorów, którzy mogą narzekać na "zmarnowany" czas wymagany do tego, aby uczniowie zbudowali rzeczywiste obwody zamiast tylko matematycznej analizy obwodów teoretycznych:

Jaki jest cel studentów, którzy biorą udział w kursie "itemsheetpanel panel-default" itemscope>

pytanie 2

Oblicz napięcie wyjściowe tych dwóch obwodów dzielnika napięcia (V A i V B ):

Teraz obliczyć napięcie między punktami A (czerwony przewód) i B (czarny przewód) (V AB ).

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

V A = + 65, 28 V

V B = + 23, 26 V

V AB = + 42, 02 V (punkt A jest dodatni w stosunku do punktu B )

Pytanie dotyczące wyzwania: co by się zmieniło, gdyby przewód łączący dwa obwody rozdzielacza napięcia razem wzięto "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/01725x02.png">

Uwagi:

W tym pytaniu chcę, aby studenci zobaczyli, w jaki sposób napięcie między zaciskami wyjściowymi dwóch rozdzielaczy jest różnicą między ich indywidualnymi napięciami wyjściowymi. Chcę również, aby uczniowie zobaczyli notację używaną do oznaczania napięć (użycie indeksów dolnych, z zastosowanym punktem odniesienia podłoża). Chociaż napięcie jest zawsze i na zawsze ilością między dwoma punktami, właściwe jest mówienie o napięciu będącym "pojedynczym punktem w obwodzie", jeżeli istnieje domniemany punkt odniesienia (ziemia).

Możliwe jest rozwiązanie dla V AB bez formalnego odwoływania się do Prawa Napięcia Kirchhoffa. Jednym ze sposobów, które uważam za pomocne dla studentów jest wyobrażenie sobie dwóch napięć (V A i V B ) jako wysokości obiektów, zadając pytanie "Jaka jest różnica wysokości między tymi dwoma obiektami?"

Wysokość każdego obiektu jest analogiczna do spadku napięcia na każdym z niższych rezystorów w obwodach dzielnika napięcia. Podobnie jak napięcie, wysokość jest wielkością mierzoną między dwoma punktami (szczytem obiektu i poziomem gruntu). Podobnie jak napięcie V AB, różnica wysokości między dwoma obiektami jest pomiarem mierzonym między dwoma punktami, a także jest określana przez odejmowanie.

pytanie 3

Oblicz napięcie wyjściowe tych dwóch obwodów dzielnika napięcia (z punktu A do ziemi i od punktu B do ziemi:

Teraz obliczyć napięcie między punktami A (czerwony przewód) i B (czarny przewód).

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

V A = + 65, 28 V

V B = + 75, 0 V

V AB = - 9, 72 V

Uwagi:

W tym pytaniu chcę, aby studenci zobaczyli, w jaki sposób napięcie między zaciskami wyjściowymi dwóch rozdzielaczy jest różnicą między ich indywidualnymi napięciami wyjściowymi. Chcę również, aby uczniowie zobaczyli notację używaną do oznaczania napięć (użycie indeksów dolnych, z zastosowanym punktem odniesienia podłoża). Chociaż napięcie jest zawsze i na zawsze ilością między dwoma punktami, właściwe jest mówienie o napięciu będącym "pojedynczym punktem w obwodzie", jeżeli istnieje domniemany punkt odniesienia (ziemia).

Pytanie 4

Ile musi spaść napięcie na rezystorze R 1, aby napięcie V AB było równe zeru "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00543x01.png">

Ile rezystancji musi posiadać R 1, aby obniżyć tę wartość napięcia?

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

V R1 = 9 V

R 1 = 20 kΩ

Pytanie uzupełniające: co można zauważyć na temat wartości czterech rezystorów w tym stanie, w którym V AB = 0? Połącz te cztery rezystory w dwa zestawy po dwie pary i obliczyć proporcje tych par. Co zauważasz w tych wskaźnikach?

Uwagi:

Kolejne pytanie dotyczące wskaźników stanowi dobre wprowadzenie do podstawowej zasady zrównoważonych obiegów mostowych. Uczniowie, którzy wspólnie analizują obliczenia, są dla nich dobrym sposobem na zobaczenie zasady dla siebie.

W tym obwodzie należy również zwrócić uwagę, które wskaźniki nie są ze sobą zgodne. Nie można po prostu podzielić tych czterech rezystorów na dowolny zestaw dwóch par i oczekiwać, że proporcje będą sobie równe! Bardzo ważne jest to również dla uczniów.

Pytanie 5

Termistor jest specjalnym rezystorem, który radykalnie zmienia opór ze zmianami temperatury. Rozważmy obwód pokazany poniżej, z dwoma identycznymi termistorami:

Znak "+ t o " w każdym z nich pokazuje, że oba mają dodatni współczynnik α.

Ile napięcia można się było spodziewać, aby woltomierz się zarejestrował, gdy dwa termistory są w tej samej temperaturze "# 5"> Odsłoń odpowiedź Ukryj odpowiedź

Jeśli oba termistory są w tej samej temperaturze, woltomierz powinien zarejestrować 0 woltów. Aby woltomierz rejestrował się ujemnie, lewy termistor musiałby być cieplejszy niż prawy termistor.

Uwagi:

Obwód ten może być postrzegany z punktu widzenia tego, że jest to dwa dzielniki napięcia lub z perspektywy bycia dzielnikiem prądu. Tak czy inaczej, to dobre ćwiczenie dla ciebie i twoich uczniów, aby zbadać, jak funkcjonuje.

Pytanie 6

Ogólnie rzecz biorąc, należy opisać, co należy zrobić, aby zrównoważyć ten obwód mostu. Czym dokładnie jest termin "równowaga" w tym kontekście?

Napisz także równanie zawierające tylko cztery wartości rezystorów (R 1, R 2, R 3 i R 4 ), pokazujące ich wzajemne relacje w stanie zrównoważonym.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Aby obwód mostka był "zbalansowany", oznacza to, że pomiędzy dwoma przeciwległymi narożnikami obwodu (gdzie bateria nie jest podłączona) nie występuje napięcie zerowe. Osiągnięcie stanu "równowagi" w obwodzie mostkowym wymaga, aby współczynniki oporu czterech "ramion" obwodu były proporcjonalne:

R 1


R 3

= R 2


R 4

Pytanie uzupełniające: równanie bilansu mostu pokazane powyżej może być również napisane w nieco innej formie:

R 1


R 2

= R 3


R 4

Pokaż algebraicznie, w jaki sposób można manipulować pierwszym równaniem, aby przyjąć postać drugiego równania, wykazując tym samym równoważność tych dwóch równań.

Uwagi:

Rzućcie wyzwanie swoim uczniom, aby napisali "równanie równowagi" opisujące, w jaki sposób proporcje muszą odnosić się do siebie nawzajem, aby osiągnąć równowagę.

Pytanie 7

Zidentyfikuj najważniejsze kwalifikacje dla licznika "zerowego" używanego do zrównoważenia obwodu mostu. Innymi słowy, opisz, jakiego typu miernik byśmy szukali, gdybyśmy mieli wybrać jeden do użycia jako miernik "zerowy". Opisz, dlaczego ta szczególna jakość jest ważna.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Przede wszystkim licznik zerowy musi być wrażliwy .

Uwagi:

Przedyskutuj z uczniami definicję "wrażliwości" w odniesieniu do ruchów miernika i wyjaśnij, dlaczego zerowe mierniki muszą być czułe, aby obwód mostka był dokładnie zrównoważony. Jeśli twoi uczniowie przestudiowali projekt ruchu liczników, możesz rzucić im wyzwanie, pytając, w jaki sposób można zbudować ruch licznika (tzn. Co należy zrobić, aby zmaksymalizować jego czułość "panel z panelem roboczym - domyślnie" panel przedmiotów>

Pytanie 8

Co stanie się z napięciem między punktami A i B, jeśli napięcie zasilania wzrośnie?

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

V AB pozostanie taki sam, jak wzrasta podaż V.

Uwagi:

To pytanie podkreśla inną ważną koncepcję obwodów mostowych, a mianowicie, że równowaga jest niezależna od napięcia zasilania.

Pytanie 9

Wyjaśnij, w jaki sposób ten obwód mostka może być "zrównoważony" dla dowolnych wartości R 1 i R 2 :

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Potencjometr działa jako uzupełniająca para rezystorów: przesunięcie wycieraczki w jednym kierunku zwiększa wartość jednego, a zmniejsza wartość drugiego. W ten sposób tworzy dzielnik napięcia o nieskończenie regulowanym współczynniku podziału od 0% do 100% włącznie.

Uwagi:

To pytanie pokazuje jeszcze jedno użycie potencjometru: jako dzielnik napięcia używany specjalnie do zrównoważenia obwodu mostu dla dowolnych wartości stałych rezystancji. Jeśli uczniowie mają trudności ze zrozumieniem, jak to jest możliwe, możesz spróbować reprezentować pulę jako parę stałych rezystorów (R 3 i R 4 ), pozycję wycieraczki określającą balans tych dwóch wartości oporu (R pot = R 1 + R 2 ).

Pytanie 10

Uzupełnij wymagane połączenia przewodów, aby uzyskać mostek, w którym ((R 1 ) / (R 2 )) = ((R 3 ) / (R 4 )) w równowadze:

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Nie jest to oczywiście jedyny sposób na połączenie komponentów, aby stworzyć mostek!

Uwagi:

Rzuć wyzwanie swoim uczniom, aby podłączyć rezystory w sposób odmienny od schematu pokazanego w odpowiedzi, aby utworzyć obwód mostka. Dobrym sposobem na zrobienie tego jest wyświetlenie obrazu oryginalnych komponentów (bez narysowanych połączeń) na tablicy z projektorem wideo, a następnie poproś uczniów, aby użyli znaczników suchościeralnych do narysowania przewodów łączących w miejscu. W przypadku popełnienia błędów można je bardzo łatwo usunąć bez usuwania samych komponentów.

Pytanie 11

We wczesnych dniach metrologii elektrycznej najlepszym sposobem mierzenia wartości nieznanego oporu było wykorzystanie obwodu mostu . Wyjaśnij, w jaki sposób most czteroparowy (most "Wheatstone") może być użyty do dokładnego zmierzenia nieznanego oporu. Jakie elementy powinien mieć ten obwód mostka z "# 11"> Odsłoń odpowiedź Ukryj odpowiedź

Taki mostek musiał być zbudowany z trzema "standardowymi" opornikami, mającymi dokładnie znane rezystancje. Przynajmniej jeden z tych rezystorów musiał być regulowany, z precyzyjną skalą dołączoną do niego w celu wskazania jego rezystancji w dowolnym położeniu. Napięcie źródła ("wzbudzenia") nie musiało być precyzyjne, a miernik zerowy musiał być jedynie czuły i dokładny przy zerowym napięciu.

Uwagi:

W przeszłości wykładałem na temat mostów Wheatstone tylko po to, aby znaleźć całkiem sporą liczbę studentów całkowicie nie rozumiejących tej koncepcji. Fakt, że obwód mostu balansuje, gdy opory czterech ramion są proporcjonalne, jest łatwą częścią. To, czego uczniowie nie rozumieli, to w jaki sposób taki most mógł być użyty do mierzenia nieznanego oporu, lub dlaczego nie było możliwe zbudowanie nadającego się do użytku laboratoryjnego mostka Wheatstone'a z tanimi rezystorami znalezionymi w zestawach części.

Na przykład, gdy zapytano, w jaki sposób można zastosować taki mostek, nie było niczym niezwykłym usłyszeć, że uczeń odpowiedział, że wykonaliby jedną z ramion mostka, a następnie zmierzył ramię tego mostu za pomocą cyfrowego omomierza po osiągnięciu równowagę w celu obliczenia nieznanego oporu według stosunku. Choć może to wydawać się zabawne dla instruktora, że ​​ktoś może nie zdawać sobie sprawy, że samo istnienie precyzyjnego omomie spowodowałoby, że obwód mostu byłby przestarzały, to jednak ujawnił mi, jak obca jest koncepcja mostka Wheatstone'a jako obwodu pomiaru rezystancji dla studentów pracujących z nowoczesny sprzęt testowy. Takiej technologicznej "luki pokoleniowej" nie należy lekceważyć!

Aby uczniowie zrozumieli praktyczność mostka Wheatstone'a, muszą zdać sobie sprawę, że jedynymi dostępnymi artefaktami kalibracji były standardowe rezystory i standardowe ogniwa (baterie rtęciowe).

Pytanie 12

Miernik naprężenia jest urządzeniem używanym do mierzenia odkształcenia (ściskania lub rozszerzania) ciała stałego poprzez wytwarzanie zmiany rezystancji proporcjonalnej do wielkości odkształcenia. Ponieważ miernik jest naprężony, jego rezystancja elektryczna zmienia się nieznacznie ze względu na zmiany przekroju i długości drutu.

Poniższy wskaźnik naprężenia jest pokazany jako podłączony w obwodzie "ćwierć-pomost" (co oznacza, że ​​tylko jedna czwarta mostu aktywnie wyczuwa napięcie, podczas gdy pozostałe trzy czwarte mostu są unieruchomione):

Wyjaśnij, co stałoby się z napięciem mierzonym w tym obwodzie mostka (V AB ), gdyby czujnik tensometryczny miał być ściśnięty, zakładając, że most zaczyna się w stanie równowagi, bez obciążania wskaźnika.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Obwód mostu stanie się bardziej niezrównoważony, z większą odpornością na odkształcenie tensometru. Nie powiem ci, jaka będzie polaryzacja woltomierza!

Uwagi:

Upewnij się, że twoi uczniowie wyjaśnią, w jaki sposób dotarli do swoich odpowiedzi na polaryzację w terminalach woltomierza. To najważniejsza część pytania!

Pytanie 13

Miernik naprężenia jest urządzeniem stosowanym do pomiaru odkształcenia (ściskania lub rozszerzania) obiektu stałego poprzez wytworzenie zmiany rezystancji proporcjonalnej do wielkości odkształcenia:

Obwód mostu powinien reagować na zmiany odkształcenia próbki, ale wyjaśnić, co stanie się z napięciem mierzonym w tym obwodzie mostka (V AB ), jeśli temperatura próbki wzrośnie (bez stosowania naprężenia), zakładając, że most zaczyna się w zrównoważonym stan bez obciążenia na manometrze, w temperaturze pokojowej. Załóżmy dodatnią wartość α dla przewodów tensometrycznych.

Co to oznacza o skuteczności tego urządzenia jako miernika naprężenia "# 13"> Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Jeżeli próbka się nagrzeje, napięcie zwiększy się między punktami A i B, gdzie A jest dodatnie, a B ujemne.

Uwagi:

Upewnij się, że twoi uczniowie wyjaśnią, w jaki sposób dotarli do swoich odpowiedzi na polaryzację w terminalach woltomierza.

Zapytaj uczniów, czy fakt wrażliwości obwodu na temperaturę unieważnia jego użycie jako systemu pomiaru odkształceń. Czy nie jest możliwe uzyskanie wiarygodnego pomiaru odkształcenia, jeśli wiemy, że temperatura wpływa również na napięcie wyjściowe obwodu? Jak możemy zrekompensować wpływ temperatury na system?

Pytanie 14

Przewidzieć, w jaki sposób działanie tego obwodu mostka termistorowego będzie miało wpływ na następujące błędy. Rozważ każdą awarię niezależnie (tj. Pojedynczo, bez wielu błędów):

Termistor R 1 nie działa poprawnie:
Termistor R 3 nie działa poprawnie:
Mostek lutowniczy (krótki) w poprzek termistora R 3 :
Rezystor R2 nie działa poprawnie:
Rezystor R 4 nie działa poprawnie:

W przypadku każdego z tych warunków należy wyjaśnić, dlaczego wystąpią takie skutki.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Termistor R 1 nie działa otwarty: Woltomierz "śledzi" w kierunku ujemnym.
Termistor R 3 nie działa otwarty: Woltomierz "śledzi" w dodatnim kierunku.
Mostek lutowniczy (krótki) w poprzek termistora R 3 : "Kołki" woltomierza w kierunku ujemnym.
Rezystor R 2 nie działa otwarty: woltomierz "śledzi" w kierunku dodatnim.
Rezystor R 4 nie działa otwarty: Woltomierz "śledzi" w kierunku ujemnym.

Uwagi:

Celem tego pytania jest podejść do dziedziny rozwiązywania problemów z obwodami z perspektywy wiedzy o tym, czym jest usterka, a nie tylko wiedzieć, jakie są objawy. Chociaż nie jest to koniecznie realistyczna perspektywa, pomaga uczniom zbudować podstawową wiedzę niezbędną do zdiagnozowania błędnego obwodu z danych empirycznych. Na takie pytania należy odpowiedzieć (ewentualnie) innymi pytaniami, w których prosi się uczniów o zidentyfikowanie prawdopodobnych usterek na podstawie pomiarów.

Pytanie 15

Przewidzieć, w jaki sposób wpływać na polaryzację napięcia między punktami testowymi A i B w wyniku następujących błędów. Rozważ każdą awarię niezależnie (tj. Pojedynczo, bez wielu błędów):

Fotorezystor R 4 nie działa poprawnie:
Fotorezystor R 3 nie działa poprawnie:
Mostek lutowniczy (krótki) na fotorezystor R 4 :
Rezystor R2 nie działa poprawnie:
Rezystor R1 nie działa poprawnie:

W przypadku każdego z tych warunków należy wyjaśnić, dlaczego wystąpią takie skutki.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Przerwany jest fotorezystor R 4 : Punkt testowy B będzie dodatni w stosunku do punktu testowego A (ujemny).
Fotorezystor R 3 nie jest otwarty: Punkt testowy A będzie dodatni w odniesieniu do punktu testowego B (ujemny).
Mostek lutowniczy (krótki) na fotorezystor R 4 : Punkt testowy A będzie dodatni w odniesieniu do punktu testowego B (ujemny).
Rezystor R2 nie działa poprawnie: Punkt testowy A będzie dodatni w stosunku do punktu testowego B (ujemny).
Rezystor R1 nie działa poprawnie: punkt testowy B będzie dodatni w stosunku do punktu testowego A (ujemny).

Uwagi:

Celem tego pytania jest podejść do dziedziny rozwiązywania problemów z obwodami z perspektywy wiedzy o tym, czym jest usterka, a nie tylko wiedzieć, jakie są objawy. Chociaż nie jest to koniecznie realistyczna perspektywa, pomaga uczniom zbudować podstawową wiedzę niezbędną do zdiagnozowania błędnego obwodu z danych empirycznych. Na takie pytania należy odpowiedzieć (ewentualnie) innymi pytaniami, w których prosi się uczniów o zidentyfikowanie prawdopodobnych usterek na podstawie pomiarów.

Pytanie 16

Ten obwód mostkowy ma generować napięcie wyjściowe proporcjonalne do różnicy między ekspozycją na światło w dwóch fotokomórkach:

Jednak coś nie działa w tym obwodzie, ponieważ woltomierz jest "sztywno" w pełni ujemny i nie zmieni się ze zmienną ekspozycją światła na dwie komórki. Zidentyfikuj co najmniej dwie możliwe awarie, które mogą spowodować przekroczenie woltomierza w kierunku ujemnym.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Oto dwie awarie, choć nie są to jedyne możliwości:

R 1 mogło nie zostać zwarte.
Fotokomórka R 3 mogła się nie otworzyć.

Uwagi:

Pamiętaj, aby poprosić uczniów o opisanie błędów innych niż te wymienione w odpowiedzi. A przy wszystkich udzielonych odpowiedziach należy zadać uczniom pytanie, w jaki sposób ustalili, że te błędy spowodują obserwowane "negatywne ustalenie" woltomierza. Jak zwykle, metoda rozwiązania jest o wiele ważniejsza niż rzeczywista odpowiedź w tym pytaniu.

Pytanie 17

Wyjaśnij, w jaki sposób ten obwód tensometryczny wykorzystuje właściwość obwodów mostu, aby zapewnić automatyczną kompensację temperatury (tak, że zmiany temperatury próbki nie wpływają na dokładność pomiaru odkształcenia):

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Manekin "manekina" jest przymocowany do próbki w taki sposób, że nie podlega obciążeniu, tak jak ma to miejsce w przypadku "roboczego" miernika. Wystawiał jedynie na tę samą temperaturę próbki. Działanie tego obwodu jest najłatwiejsze do zrozumienia w scenariuszu, w którym nie występuje stres związany z próbką, ale jego temperatura ulega zmianie.

Pytanie uzupełniające: załóżmy, że manekinowy czujnik tensometryczny rozwija otwartą awarię, więc żaden prąd nie może przez nią przejść. Zidentyfikować polaryzację spadku napięcia, który rozwinie się na woltomierzu w wyniku tego błędu.

Uwagi:

Ponieważ obwody mostkowe są z natury obwodami różnicowymi, możliwe jest wykonywanie czystych "sztuczek", takich jak te, w których efekty niepożądanego wpływu (temperatury) zostają anulowane. Nawiasem mówiąc, zasada anulowania przez pomiar różnicowy jest bardzo powszechna w systemach elektronicznych, zwłaszcza w systemach oprzyrządowania.

Pytanie 18

Poniższy mostek wykorzystuje dwa tensometry (jeden do pomiaru odkształcenia, drugi do kompensacji zmian temperatury), natężenie wskazane przez woltomierz w środku mostu. Niestety, ma problem. Zamiast rejestrować bardzo małe napięcie, jak zwykle, woltomierz pokazuje dużą różnicę napięcia, z punktem A dodatnim i punktem B ujemnym:

Coś jest nie tak w obwodzie mostka, ponieważ napięcie to występuje nawet wtedy, gdy nie ma fizycznego nacisku na próbkę. Wskaż, które z poniższych usterek może spowodować pojawienie się nadmiernego napięcia na woltomierzu, a które nie. Weź pod uwagę tylko jedną z tych awarii na raz (brak wielokrotnych, jednoczesnych błędów):

Rezystor R 1 nieudany otwarty
Rezystor R1 nie został zwarty
Rezystor R2 nieudany otwarty
Rezystor R2 nie został zwarty
Tensometr (pomiar) nie został otwarty
Tensometr (pomiar) nie został zwarty
Manekin "manekina" (kompensacja temperatury) nie został otwarty
Wskaźnik "manekinowy" (kompensacja temperatury) nie został zwarty
Źródło napięcia jest martwe (w ogóle brak napięcia wyjściowego)
Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Rezystor R 1 nieudany otwarty Nie możliwy
Rezystor R1 nie został zwarty Możliwe
Opornik R2 nieudany otwarty Możliwe
Rezystor R 2 nieudany zwarty Nie możliwe
Tensometr (pomiar) nieudany otwarty Możliwe
Tensometr (pomiar) nie został zwarty Nie możliwe
Wskaźnik "manekinowy" (kompensacja temperatury) nieudany otwarty Nie możliwy
Wskaźnik "manekinowy" (kompensacja temperatury) nie został zwarty Możliwe
Źródło napięcia jest martwe (w ogóle brak napięcia wyjściowego) Nie możliwe

Pytanie uzupełniające: sprawdź możliwe usterki przewodów lub połączeń w tym obwodzie, które mogą spowodować pojawienie się tego samego objawu.

Uwagi:

To pytanie pomaga uczniom w budowaniu umiejętności eliminowania nieprawdopodobnych możliwości popełnienia błędu, pozwalając im skoncentrować się na tym, co jest bardziej prawdopodobne. Ważną umiejętnością rozwiązywania problemów systemowych jest umiejętność formułowania prawdopodobieństw dla różnych scenariuszy awarii. Bez tej umiejętności tracisz dużo czasu szukając nieprawdopodobnych błędów, marnując czas.

Dla każdego scenariusza błędu ważne jest, aby zapytać uczniów, dlaczego uważają, że jest to możliwe lub niemożliwe. Może się zdarzyć, że niektórzy uczniowie otrzymają właściwą odpowiedź z niewłaściwych powodów, dlatego dobrze jest zapoznać się z uzasadnieniem każdej odpowiedzi.

Pytanie 19

Poniższy mostek wykorzystuje dwa tensometry (jeden do pomiaru odkształcenia, drugi do kompensacji zmian temperatury), natężenie wskazane przez woltomierz w środku mostu. Niestety, ma problem. Zamiast rejestrować bardzo małe napięcie, jak zwykle, woltomierz pokazuje dużą różnicę napięcia, z punktem B dodatnim i punktem A ujemnym:

Coś jest nie tak w obwodzie mostka, ponieważ napięcie to występuje nawet wtedy, gdy nie ma fizycznego nacisku na próbkę. Wskaż, które z poniższych usterek może spowodować pojawienie się nadmiernego napięcia na woltomierzu, a które nie. Weź pod uwagę tylko jedną z tych awarii na raz (brak wielokrotnych, jednoczesnych błędów):

Rezystor R 1 nieudany otwarty
Rezystor R1 nie został zwarty
Rezystor R2 nieudany otwarty
Rezystor R2 nie został zwarty
Tensometr (pomiar) nie został otwarty
Tensometr (pomiar) nie został zwarty
Manekin "manekina" (kompensacja temperatury) nie został otwarty
Wskaźnik "manekinowy" (kompensacja temperatury) nie został zwarty
Źródło napięcia jest martwe (w ogóle brak napięcia wyjściowego)
Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Opornik R 1 nieudany otwarty Możliwe
Rezystor R 1 nieudany zwarty Nie możliwy
Rezystor R2 nieudany otwarty Nie możliwy
Rezystor R2 nie został zwarty Możliwe
Tensometr (pomiar) nieudany otwarty Nie możliwe
Tensometr (pomiar) nie został zwarty Możliwe
Wskaźnik "manekin" (kompensacja temperatury) nieudany otwarty Możliwe
Wskaźnik "manekinowy" (kompensacja temperatury) nie został zwarty Nie możliwe
Źródło napięcia jest martwe (w ogóle brak napięcia wyjściowego) Nie możliwe

Pytanie uzupełniające: sprawdź możliwe usterki przewodów lub połączeń w tym obwodzie, które mogą spowodować pojawienie się tego samego objawu.

Uwagi:

To pytanie pomaga uczniom w budowaniu umiejętności eliminowania nieprawdopodobnych możliwości popełnienia błędu, pozwalając im skoncentrować się na tym, co jest bardziej prawdopodobne. Ważną umiejętnością rozwiązywania problemów systemowych jest umiejętność formułowania prawdopodobieństw dla różnych scenariuszy awarii. Bez tej umiejętności tracisz dużo czasu szukając nieprawdopodobnych błędów, marnując czas.

Dla każdego scenariusza błędu ważne jest, aby zapytać uczniów, dlaczego uważają, że jest to możliwe lub niemożliwe. Może się zdarzyć, że niektórzy uczniowie otrzymają właściwą odpowiedź z niewłaściwych powodów, dlatego dobrze jest zapoznać się z uzasadnieniem każdej odpowiedzi.

  • ← Poprzedni arkusz roboczy

  • Indeks arkusza roboczego

  • Następny arkusz roboczy →