Опис лабораторної роботи

Скачати 102.2 Kb.

Назва	Опис лабораторної роботи
Дата	29.04.2013
Розмір	102.2 Kb.
Тип	Документи

bibl.com.ua > Фізика > Документи

Вимірювання сили постійного електричного струму у віртуальному комп’ютерному середовищі LabVIEW

Опис лабораторної роботи

1. Мета роботи

Ознайомлення з технологіями вимірювання сили постійного електричного струму з застосуванням віртуального інтерактивного комп’ютерного середовища LabVIEW.
2. Обладнання, програмне та інформаційно-методичне забезпечення.

2.1. ЕОМ типу IBM PC. Програма LabVIEW 7.0 та методичні посібники для роботи з нею.

2.2. Інтерактивний електронний посібник Основи інформаційно-електронних технологій.
3. Теоретичні відомості

Повторіть питання опрацювання та представлення результатів прямих і непрямих вимірів і, використовуючи літературу, та цей опис, ознайомтеся з наступними питаннями:

- методи виміру сили електричного струму.

- причини виникнення і способи обліку похибок при вимірі сили електричного струму.

- принцип дії, будова і метрологічні характеристики магнітоелектричних вимірювальних приладів.

- принцип дії, будова і метрологічні характеристики електронних цифрових вольтметрів.

- принцип дії, будова і метрологічні характеристики магазина опорів.

- зміст і способи реалізації методів виміру, використовуваних при виконанні роботи.

- будова і характеристики засобів вимірів, використовуваних при виконанні роботи.

Вимір сили постійного електричного струму полягає в знаходженні її значення і визначенні полярності.

У випадку прямих вимірів постійного електричного струму часто використовуються магнітоелектричні амперметри. У порівнянні з іншими електромеханічними аналоговими амперметрами магнітоелектричні забезпечують найвищу точність вимірів (клас точності 0,05-2,5) і мають максимальну чутливість (мінімальний струм повного відхилення лежить у межах 5 х 10^-7 -10^-6 А). Діапазон вимірюваних струмів для магнітоелектричних амперметрів знаходиться в межах від 10^-7А до 50 А (при вимірі струмів більше 0,05 А використовуються внутрішні шунти). Для виміру великих постійних струмів (від 50 А до декількох кілоампер) використовуються магнітоелектричні амперметри і кілоамперметри з зовнішніми шунтами. Для виміру малих струмів (у межах від 10^-5А до 10^-12А) часто використовуються магнітоелектричні гальванометри.

Вимір постійного струму з підвищеною точністю робиться непрямим способом. Для цього зразковий резистор включається в коло струму, і падіння напруги на ньому вимірюється за допомогою компенсатора або високоточного цифрового вольтметра. Таким же способом (використовуючи перетворення струм-напруга) працюють електронні аналогові і цифрові амперметри.

2

Спрощена схема виміру постійного струму за допомогою магнітоелектричного амперметра приведена на мал. 1. Як видно, основними частинами магнітоелектричного амперметра є вимірювальний механізм (ИМ), що володіє власним омічним опором R_ИМ, і шунт, включений паралельно ИМ. Шунт служить для розширення меж виміру амперметра, його опір Rш повинний бути менше опору ИМ і підбирається

так, щоб

де

- верхня межа вимірів, котрого необхідно досягти,

- максимально припустимий струм через ИМ.

Мал. 1 Схема виміру постійного струму за допомогою магнітоелектричного амперметра

Відзначимо, що струм, що протікає через ИМ магнітоелектричного амперметра, не повинний перевищувати деякого номінального значення, що називається струмом повного відхилення. Значення сили зазначеного струму звичайно лежить у межах від 1 мкА до 50 мА.

При вимірах за допомогою магнітоелектричного амперметра реалізуються прямі виміри методом безпосередньої оцінки. Похибка цих вимірів визначається інструментальною похибкою амперметра і методичною похибкою вимірів.

Інструментальна похибка визначається класом точності, що для магнітоелектричних вольтметрів лежить у межах від 0,05 до 2,5.

Методична похибка залежить від співвідношення між власним омічним опором R_ИМ амперметра, опором ланцюга R і внутрішнім опором R_ВН джерела струму. Опір R_ИМ може досягати десятків Ом, тому при вимірах струму за допомогою магнітоелектричних амперметрів методичну похибку завжди беруть до уваги.

Стосовно до розглянутого випадку знайти значення абсолютної методичної похибки можна по формулі:

, а відносної методичної похибки - по формулі:

де Iд - дійсне значення вимірюваного струму.

3

Нагадаємо, що при наявності двох незалежних джерел похибки - методичної

і інструментальної

- оцінити значення результуючої похибки можна по формулі:

4. Опис лабораторного стенда

Лабораторний стенд являє собою LabVIEW комп'ютерну модель, що розташовується на робочому столі персонального комп'ютера. На стенді (мал..2) знаходяться моделі магнітоелектричного вольтамперметра, цифрового мультиметра, магазина опорів і УИП – джерело постійного струму.

Модель магнітоелектричного мілівольтамперметра використовується в роботі як амперметр при моделюванні процесу прямих вимірів сили постійного електричного струму методом безпосередньої оцінки.

Модель електронного цифрового мультиметра використовується при моделюванні процесу прямих вимірів постійної напруги методом безпосередньої оцінки. Модель магазина опорів використовується при моделюванні роботи багатозначної міри електричного опору.

Мал. 2. Модель лабораторного стенда

на робочому столі комп'ютера при виконанні лабораторної роботи

(7 - магнітоелектричний вольтамперметр, 2 - електронний цифровий

мультиметр, 3 - магазин опорів, 4 - УИП)

Модель УИП використовується при моделюванні роботи регульованого джерела стабілізованої постійної напруги.

Схема з'єднання приладів при виконанні роботи показана на мал. 3.
4

Мал.3. Схема зєднання приладів

5. Робоче завдання

5.1. Запустіть програму лабораторного практикуму і виберіть лабораторну роботу № 3.1 «Измерение силы постоянного электрического тока» у групі робіт «Измерение электрических величин». На робочому столі комп'ютера автоматично з'являться модель лабораторного стенда з моделями засобів вимірів і допоміжних пристроїв (мал. 2) і вікно створеного в середовищі MS Excel лабораторного журналу, що служить для формування звіту по результатам виконання лабораторної роботи.

5.2. Ознайомтеся з розташуванням моделей окремих засобів вимірів і інших пристроїв на робочому столі. Включыть моделі засобів вимірів і випробуйте їхні органи керування. Плавно змінюючи напругу на виході УИП, простежите за зміною показань вольтамперметра і цифрового мультиметра. Поміняйте опір магазина і діапазон вимірів амперметра і також простежте за змінами показань вольтамперметра і цифрового мультиметра при зміні напруги на виході УИП.

5.3. Розрахуйте значення опору R, при якому струм у колі складе 15 мА при напрузі на виході УИП рівному 5 В (при розрахунку врахуйте внутрішній опір вольтамперметра і УИП).

5.4. Підготуйте до роботи модель УИП:

- тумблер переключення піддіапазонів УИП установіть в положення «0-15 В»;

- включіть тумблер «СЕТЬ»;

- за допомогою ручки плавного регулювання вихідної напруги установіть, орієнтуючись на стрілочний індикатор, нульову напругу на виході УИП.

5.5. Підготуйте до роботи магазин опорів, установивши з допомогою восьмидекадного перемикача опір магазина, рівним значенню, розрахованому в п.5.3.

5.6. Підготуйте до роботи модель електронного цифрового мультиметра:

- за допомогою кнопки «Вкл.» включіть прилад;

- установіть режим виміру постійної напруги (на передній панелі моделі засвітиться відповідний червоний індикатор);

5

- включіть автоматичний вибір меж виміру (на передній панелі моделі засвітиться відповідний червоний індикатор).

5.7. Підготуйте до роботи модель магнітоелектричного вольтамперметра:

- установіть перемикач меж вимірів і перемикач множника меж у положення, при якому забезпечується найкраща якість вимірів;

- поступово підвищуючи напругу на виході УИП, досягніть того, щоб вольтамперметр показав 15 мА.

5.8. Приступіть до виконання завдань лабораторної роботи.
Завдання 1. Виконаєте прямі і непрямі виміри сили постійного

електричного струму

а) Не змінюючи регулювання засобів вимірів і УИП, встановлені раніше, зніміть показання засобів вимірів.

б) Запишіть у звіт показання вольтамперметра, цифрового мультиметра і магазина опорів, тип і клас точності приладів, обрані діапазони вимірів.

в) Збільшіть опір магазина до найближчого значення, кратного 100 Ом, зніміть і запишіть у звіт показання засобів вимірів.

г) Продовжіть виміри, збільшуючи опір магазина від досліду до досліду в два рази, знімаючи і записуючи в звіт показання засобів вимірів.

д) Завершіть виміри після того, як із збільшенням опору ланцюга припиниться помітна зміна показань амперметра.
Завдання 2. Визначити поріг чутливості аналогового амперметпра

а) Не змінюючи регулювання засобів вимірів і УИП, встановлені наприкінці виконання попереднього завдання, зніміть знову показання засобів вимірів.

б) Запишіть у звіт показання вольтамперметра, цифрового мультиметра і магазина опорів, тип і клас точності приладів, обрані діапазони вимірів.

в) Поступово зменшуючи опір магазина, визначите таке значення опору, при якому почнеться помітна (що фіксується об'єктивно) зміна показань вольтамперметра.

г) Запишіть у звіт відповідні показання амперметра, цифрового мультиметра і магазина опорів.

д) Виконайте вимір сили постійного електричного струму, що відповідає межам робочого діапазону вимірів вольтамперметра (верхня межа збігається з обраною верхньою межею шкали, нижня – складає третину від верхньої межі), і запишіть у звіт отримані показання засобів вимірів.

5.8. Збережіть результати на дискеті чи іншому носії.

5.9. Після зберігання результатів закрийте LabVIEW і при необхідності виключіть комп'ютер.

6

6. Оформлення звіту

Звіт повинен містити:

- відомості про мету і порядок виконання роботи;

- відомості про використані методи вимірів;

- відомості про характеристики використаних засобів вимірів;

- необхідні електричні схеми;

- дані розрахунків, що проводилися при виборі засобів і діапазонів вимірів, при виконанні відповідних пунктів завдання;

- експериментальні дані;

- цілком заповнені таблиці звіту (див. табл. 1), а також приклади розрахунків, що виконувалися при заповненні таблиць.

- графіки залежності абсолютної і відносної похибок прямих і непрямих вимірів сили струму від показань вимірювальних приладів.

- аналіз отриманих даних і висновки про особливості і якість проведених вимірів і за результатами проробленої роботи.

Таблиця 1.

7. Контрольні питання

1. Потрібно виміряти постійний струм, значення якого орієнтовно дорівнює 1 мк (100 мкА, 10 мА, 500 мА, 10А, 100А). Як це краще зробити, якщо потрібно мінімізувати похибку?

2. Які основні достоїнства і недостатки амперметрів з електромеханічними вимірювальними механізмами?

3. Які основні достоїнства і недостатки електронних аналогових і цифрових амперметрів постійного струму?

4. У якому діапазоні лежать значення струмів повного відхилення магнітоелектричних механізмів?

5. Коли при вимірах сили постійного струму варто використовувати метод безпосередньої оцінки?

6. Коли при вимірах сили постійного струму варто використовувати непрямий метод виміру?

7

7. Чим визначається методична похибка непрямих вимірів сили постійного струму за допомогою резистора і вольтметра?

8. Коли при вимірі сили постійного струму амперметром використовуються зовнішні шунти?

9 Який діапазон значень постійного струму доступний вимірам за допомогою магнітоелектричних приладів без використання зовнішніх шунтів?

10. Чому при точних вимірах сили постійного струму непрямим методом із використанням зразкового резистора рекомендується застосовувати електронний вольтметр?

11. Які типові класи точності магнітоелектричних і електронних амперметрів постійного струму?

12. Як вибрати найбільш підхожий діапазон вимірів при використанні аналогового амперметра?

13. Потрібно виміряти постійний струм силою 250 нА (20 мкА, 10 мА, 1А, 100А). Як це краще зробити?

14. Чи є магазин опорів засобом виміру?
Література

Батоврин В.К. и др. LabVIEW: практикум по основам измерительных технологий: Учебное пособие для вузов. – М: ДМК Пресс, 2005.
Кушнир Ф.В. Электрорадиоизмерения: Учебное пособие для вузов. – Л: Энергоиздат. 1983.
РанневГ.Г., Тарасенко А.П. Методы и средства измеренийЖ Учебник для вузов. - М., Академия, 2003.
Информационно-измерительная техника и технологии. Учебник для вузов. Под ред. Г.Г.Раннева. – М. Высшая школа., 2002.
Опадчий Ю.Ф. Аналоговая и цифровая электроника. - М.: Горячая линия - Телеком. 2002.

Укладачі: Чаповський М.З., Власенко В.М.
Друк цього опису можна виконати з файла LR_3-1_druk.doc

Схожі:

Гершунский Б. С. Основы электроники и микроэлектроники К., Выща шк.,... Опис виконання завдань лабораторної роботи, самостійної та індивідуальної роботи	Опис лабораторної роботи Вимірювання параметрів гармонійної напруги за допомогою осцилографа у віртуальному
Опис лабораторної роботи Вимірювання потужності постійного електричного струму у віртуальному комп’ютерному середовищі LabVIEW	Опис лабораторної роботи Вимірювання напруги змінного електричного струму у віртуальному комп’ютерному середовищі LabVIEW
Опис лабораторної роботи Вимірювання частоти і періоду електричних сигналів у віртуальному комп’ютерному середовищі LabVIEW	Опис лабораторної роботи Вимірювання частоти і періоду електричних сигналів у віртуальному комп’ютерному середовищі LabVIEW
Дослідження електричних кіл змінного струму Опис лабораторної роботи Навчально-дослідний стенд для фізичного моделювання електронних пристроїв та методичний посібник для роботи на ньому	Вимірювання кута фазового зрушення у віртуальному комп’ютерному середовищі... Придбання навиків вимірювання кута фазового зрушення. Одержання відомостей про характеристики і будову та навиків роботи цифрового...
Проектування та моделювання шифраторів Опис лабораторної роботи Ознайомлення з принципом дії, основними властивостями та параметрами шифраторів, дослідження їх характеристик та логічних функцій,...	Проектування та моделювання шифраторів Опис лабораторної роботи Ознайомлення з принципом дії, основними властивостями та параметрами шифраторів, дослідження їх характеристик та логічних функцій,...

Додайте кнопку на своєму сайті:
Портал навчання