Лабораторный стенд по измерениям. Постановка задачи

Давно в голове зрела идея создания нормального, качественно работающего лабораторного стенда для работы со студентами. Если честно, надоело уже на барахле производства 70х годов работать. В конце концов, в электронном мире живем.

Просматривая каталоги лабораторного оборудования и посещая разные институты поражался бестолковому разнообразию и однотипным ошибкам. Во-первых, я не видел ни одного стенда на современной элементной базе! Кругом один совок! Во-вторых, я еще ни разу не встретил нормальной защиты от неумелого пользователя. На мои попытки закоротить источники питания реакции были разные - от воплей инженеров, не всегда цензурных, до веселого искрения. Хотя бы раз сработала бы защита и заморгала лампочка «а студент источник питания испортил»!

Хотелось бы также выслушать мнения студентов, что они хотят от лабораторной установки. Предупреждаю сразу - варианты «делать все сама» и подобные буду удалять сразу. В качестве моего видения вопроса скажу следующее - у студента должен быть электронный вариант этого стенда, где он мог бы потренироваться в работе дома. Больше вариантов облегчить жизнь студенту не вижу.

Каков же должен быть идеальный лабораторный стенд для учебных целей? Попробуем сформулировать его характеристики.

1. Прочный. Просто неубиваемый! Поверхности не должны поддаваться ручкам и маркерам, а в случае пачкания - быстро смываться. Суровая бытность нашей учебы…

2. Прост в обслуживании. Внутренности должны работать как часы, инженер, обслуживающий стенд должен только протирать пыль и нажимать кнопку «ВКЛ» когда начинаются лабораторные работы.

3. Стенд должен быть вариативным, то есть включать в себя большое (желательно очень большое) количество вариантов. Причем изменять эти варианты должен не инженер (как это делается обычно, путем переставления перемычек и сопротивлений), а сам стенд, автоматически при запуске.

4. Приборы и источники питания должны быть защищены. От самых параноидальных нападений. Например, стоит рассчитывать, что амперметр будет воткнут в розетку. Без сопротивлений, естественно. Причем, такая ситуация должна отслеживаться, с индикацией на самом стенде. Чтобы нарушитель понес наказание.

Вот это мы и попробуем соорудить. В качестве примера возьмем предмет «Методы и средства электротехнических измерений». Начнем с простого - с базовых электротехнических измерений. Итак, список предполагаемых работ с кратким пояснением.

1. Прозвонка цепи. Есть 4 линии, одна из них разорвана. Требуется определить - какая именно.

2. Внутри стенда собрана «двойная звезда» (это которая обычная звезда, но в каждом плече не одно, а два сопротивления стоит). Номиналы сопротивлений известны. В двойной звезде есть 7 выводов, они выведены на переднюю панель стенда, но предварительно «запутаны». Определить правильную цоколевку схемы.

3. Измерения на постоянном токе. Строим вольт-амперную характеристику источника э.д.с., график тока и мощности. Задача: научиться правильно включать основные измерительные приборы - вольтметры (всех систем, в том числе цифровой мультиметр), амперметр (аналоговый и цифровой), ваттметр. Убедиться, что приборы всех систем показывают одно и то же значение.

4. Изменение пределов измерения аналогового вольтметра. Есть идеальный источник э.д.с. на большое напряжение и аналоговый вольтметр с меньшим пределом измерения и известным сопротивлением. Подобрать необходимое сопротивление шунта и провести измерения.

5. Базовая работа с осциллографом. Есть генератор неизвестной формы сигнала (синус, прямоугольник, пила, треугольник), амплитуды и частоты. С помощью осциллографа определить все необходимые параметры и зарисовать сигнал.

6. Фигуры Лиссажу. Есть генератор синусоиды с частотой 50Гц и регулируемый генератор синусоиды. Построить фигуры Лиссажу для отношения частот 1:1, 1:2… и разности фаз 0, pi/4, pi/2. Есть неизвестный генератор синусоиды. С помощью генератора частотой 50Гц, по фигуре Лиссажу определить отношение частот и разность фаз сигналов.

Пока в таком объеме. Продолжение списка лабораторных работ следует, будут обновления. Также будут обновления в случае, если в комментариях появятся трезвые идеи. Буду благодарен всем, высказавшим свое мнение.

Удачи нам в нашем нелегком деле разгрызания гранита науки!

Update:

Лабораторная работа №4 - только для постоянного тока.

7. Измерения на переменном токе. Исследование показаний различных типов приборов при различной форме напряжения. Определение действующих значений параметров.

8. Изменение пределов измерения амперметра и вольтметра на переменном токе - использование трансформаторов тока и напряжения.

9. Измерение коэффициента мощности с помощью осциллографа (двухлучевого и с помощью фигур Лиссажу). Установка измерителя коэффициента мощности.

10. Трехфазные цепи. Измерение токов, напряжений. Взаимосвязь между ними.

11. Трехфазные цепи. Измерение различных мощностей, коэффициента мощности.

12. Трехфазные цепи. Измерение энергии (применение счетчиков электрической энергии).

Вот такой объем по целому курсу. Весьма плотно, скажу я вам. Еще ни одного такого курса на семестр не встречал. Попробуем уместить это все на панели стенда и разработать для него электронику.

Опубликовано 15 марта 2009 года
Раздел: Институтское регулярное | Метки: Лабораторные работы, Стенд, Измерения
vizliputsli*
Опубликовано 15 марта 2009 года в 23:43

Вот что мне думается.
Во-первых, проблема действительно наболевшая и актуальная для всех ВУЗов.
Во-вторых, электронный вариант стенда считаю лишним, это как учится водить машину в NFS , приятно, но не более :) Мне кажется, что гораздо полезнее были бы грамотно и подробно составленные методические указания к лабораторным работам.
В-третьих, не совсем понял про автоматическое включение перемычек и сопротивлений для разных вариантов. Мне кажется что это неотъемлемая часть лабораторной работы, да и вообще это весело и интересно :)
Еще есть один момент, не знаю как у вас в МЭИ с ним, когда лабораторных установок не хватает на всех студентов, и приходится выполнять лабораторные по двое, а то и по трое. Мне кажется, очень важная проблема.
Бегущий вещей
Опубликовано 15 марта 2009 года в 23:44

www.physicsdepartment.ru

Увы. Мне уже это очень сильно надоело, просто раздражает. А я не люблю работать в некомфортных условиях.
По поводу второго замечания: а не хочется ли ночью, перед занятием, по хорошо составленным методическим указаниям прогнать все на электронной модели (почти точной копии)? И сделать лабораторную за 10 минут, а не за полтора часа?
Поясню идею про “многовариантность”. Представьте себе 4 электрические линии. На переднюю панель выведены только их концы (8 клемм всего). Внутри стенда, на каждой из этих линий стоит релюшка, которая при включении стенда одну из этих линий разомкнет (причем случайным образом). И вариант на табло выведет, например 205728957234890. Преподаватель по этому варианту поймет какая линия была разомкнута. А вот студенту придется помучиться, прозвонить каждую линию, и определить где повреждение. Вот и неотъемлемая честь работы, веселье и наука.
Как следствие - один стенд можно давать многим студентам, ибо при новом включении будет уже разомкнута другая линия и на табло появится вариант 768202895567567.
w1zard*
Опубликовано 16 марта 2009 года в 0:58

Идея полностью здравая, студентам (которые учатся, а не «ходят» на пары) в самом деле очень и очень неудобно работать на допотопной технике, и за примерами далеко ходить не надо.
Идеи изложены грамотно, прочел и ознакомился - со всем согласен. Особенно согласен с электронной моделью, очень удобная и хорошая вещь. В т.ч. для тех, кто хочет освоить больше обязательной программы.
А теперь немного не по теме. Считаю, что менять надо изначально не «техническую часть», а «совковский подход» большинства преподавателей. Да что тут говорить - подавляющего большинства. В вузах, где преобладает совсковские стандарты идею с высокотехнологичной аппаратурой, и прочими нюансами протолкнуть будет тяжко.
Бегущий вещей
Опубликовано 16 марта 2009 года в 0:59

www.physicsdepartment.ru

Менять начнем с себя. Остальное я не в силах. Молодых хоть и мало, но они появляются. И тенденция к появлению новых нарастает, что не может не радовать.
w1zard*
Опубликовано 16 марта 2009 года в 1:00

Я считаю, за такие дела нужно браться имея в соратниках человека, который «в силах» повлиять на остальное.
Стариков, конечно, уважать надо за их опыт работы. Но молодые это всегда поток свежих идей
Бегущий вещей
Опубликовано 16 марта 2009 года в 1:01

www.physicsdepartment.ru

Соратники есть. Но пока все не хотят выходить из тени. Гораздо больше противников, которых ох как нелегко переубедить. Посмотрим, еще несколько лет поборюсь, но если и дальше так будет продолжаться - подумаю о том, чтобы бросить обучение. Буду только на науку работать.
Да, я уважаю старшее поколение, но уже описывал что меня не устраивает.
b1waver
Опубликовано 16 марта 2009 года в 1:05

http://vkontakte.ru/b1waver

> 3. Стенд должен быть вариативным, то есть включать в себя большое (желательно очень большое) количество вариантов. Причем изменять эти варианты должен не инженер (как это делается обычно, путем переставления перемычек и сопротивлений), а сам стенд, автоматически при запуске.
Планируется ли подключение к стенду ПК? На мой взгляд, стенд ничего не должен делать сам. Студент подходит к нему с заготовленной схемой, выставляет все необходимые приборы, перемычки и сопротивления, и после этого запускает в работу и производит измерения. Другой вопрос - как сделать так, что эти так называемые приборы были дешевыми и легко вознобновляемыми.
> 4. Приборы и источники питания должны быть защищены. От самых параноидальных нападений. Например, стоит рассчитывать, что амперметр будет воткнут в розетку. Без сопротивлений, естественно. Причем, такая ситуация должна отслеживаться, с индикацией на самом стенде. Чтобы нарушитель понес наказание.
Какую защиту от дурака неставь, дураки всё равно более находчивы. И должно работать логирование всех действий пользователей, что возможно только при работе с электронной моделью. На реальной установке - только лаборант с палкой избавит установку от злого недоброжелателя.
Бегущий вещей
Опубликовано 16 марта 2009 года в 1:06

www.physicsdepartment.ru

Изначально подключение к ПК не планируется. Единственное, для чего нужен ПК - это декодировать номера вариантов (которые, по прикидкам, вполне могут выражать 10-значными цифрами) в комбинации установленных перемычек.
Если стенд не готовит задания сам - это делает лаборант. Которому через 3 раза станет это делать лень, и будет штатно собрана одна схема. Так и произошло с большинством стендов в лаборатории электротехники.
Приборы дешевыми не будут никогда. Их можно, в принципе, выклянчить на производствах. Но отдают ну такую рухлядь, даже в руки брать неприятно. И точность уже оставляет желать лучшего, ибо годный прибор отдавать никто не будет.
Насчет защит - надо извращаться и выдумывать. У меня пока, при всей изобретательности, есть только варианты прямого сжигания, то есть “в розетку то, что там быть не должно”. Ну поизвращайтесь, пожалуйста, придумайте более извращенные варианты
gorbushka*
Опубликовано 16 марта 2009 года в 1:21

Ваще идея клёвая, но вот щас стал вспоминать и, увы, не вспомнил ни одной лабы по электротехнике от начала и до конца. Помню тока как выглядят средства измерения и осцилограф :) И уж тем более не помню неудобств, которые бы возникали в процессе выполнения. Универсальный стенд на все лабы по электротехнике будет наверно очень большим и дорогим...
Я за полностью электронный вариант. Некоторая софтина, которая позволяла бы делать варианты уникальными для каждого студента, позволяла бы добавлять из конструктора новый шаблон лабораторной работы, исходя из инструментов (перемычки, лампочки, блоки питания и тп). Таким образом, проблема испорченного блока питания/лампочки/амперметра была бы исключена на корню, проблема с выдачей вариантов и подготовки преподавателя к проведению свелась бы к фразе «Уважаемые студенты, нажмите файл-открыть-lab1.ltpl» ну и со всеми остальными вытекающими отсюда ништяками.
Плюс каждый студент может дома потестить лабу на износ с другими параметрами, приборами, дополнить своими элементами, что, собственно, и есть, как я считаю, целью ЛАБОРАТОРНОЙ работы. Эксперимент позволит студентам не тупо следовать пунктам в методичке, а исследовать явление/метод самостоятельно.
Что-то такое похожее на игрушку crazy machines и P-CAD. Ух! Я бы сам с такой поигрался бы...
Бегущий вещей
Опубликовано 16 марта 2009 года в 1:22

www.physicsdepartment.ru

Идея понятна. Но я противник полностью компьютеризированных вариантов. Постараюсь объяснить почему.
Последние лет пять у всех просто крыша поехала на базе этой информатизации и компьютеризации. Палку перегибают повсеместно. Сам поддался такому влиянию. Есть у нас в институте PILab. Это такие коробочки, в которых собираются электронные схемы и проводятся измерения. Только вот управляют ими из-за обычного терминального компьютера, то есть студент не видит ничего, кроме экрана монитора с какой-то схемой. Вот и остаются в памяти «треугольнички», да «квадратики». И «кривульки» какие-то. А в материальном стенде перед тобой реальные компоненты. И ты знаешь, что если что-то сделаешь неправильно - по голове получишь, поэтому подумать надо сначала. Плюс, работает мелкая моторика рук, дополнительный фактор запоминания. Мультиметром, по крайней мере, пользоваться можно научиться.
По поводу тупого следования пунктов в методичке - от этого будем уходить. Чуть позже я поясню задание номер 2 и там будет понятно, почему не может быть этих самых пунктов, а может быть только голова на плечах.
А насчет смеси crazy machines и P-CAD - есть такая игрушка, EWB-3D называется (не путать с Electronic Workbench). Это такая детская полу-мультяшная игра, которая, тем не менее, позволяла моделировать нехилые схемы.
gorbushka*
Опубликовано 16 марта 2009 года в 1:23

моторика…я не помню ни одной лабы, которые были по электротехнике. двигатель там какой-то был.. один на всех! его чот там запускали куда-то… по непонятной схеме включали… а в случае с электронной версией стенд у всех индивидуальный. а по треугольничкам, квадратикам можно допустим тыкнуть и прочитать про параметры этого устройства, посмотреть внешний вид, год патента этого прибора :)
Бегущий вещей
Опубликовано 16 марта 2009 года в 1:24

www.physicsdepartment.ru

Да сами лабы-то помнить и не надо. В данном случае - главное измерения. В вашем случае - подключение двигателя. Схема была непонятна, потому что она была нарисована в методичке и дана команда «собирайте». Здесь планируется от такого метода уйти. Прежде чем собирать, надо подумать, иначе лабораторная не получится.
Насчет индивидуальности - проблема пока может быть решена только большим количеством вариантов. Да, много стендов - это хорошо, но денег никто не даст. Хотя, если дойдем до финиша, уже будет понятно сколько просить и дадут ли.
Опрос студентов показывает, что «пощупать» - это эффективнее. Фотографии смотреть сейчас каждый умеет, благо википедия есть.
Foxbat*
Опубликовано 17 марта 2009 года в 16:18

Общие идеи поддерживаю! Не надо вестись на компьютер,а то получим студентов-теоретиков.Провод закрутить-не мышкой щелкнуть.Пускай все манипуляции во время лабы делают вручную-это пойдет тока на пользу!Вариантов много надо-чтоб не списали.Методичка нужна обязательно!Но написанная понятным,легко усваиваемым языком,без «воды» в общем! Основная цель-чтоб студент сам допер что и как делать…Надо ему только намекнуть на нужное направление...
Бегущий вещей
Опубликовано 17 марта 2009 года в 21:58

www.physicsdepartment.ru

Полностью поддерживаю, мышкой тыкать - это одно дело, а крутить провода и клеммы - другое. Кстати, на себе проверено. Пришел к нам новый преподаватель, он на старых стендах клеммы так закручивал, что огого. Для меня открытие было, что лучше зажать один раз, но как следует, чем потом мучиться и искать неконтакт.
ilk
Опубликовано 19 октября 2009 года в 10:51

www.electrolab.ru

Аналогичный стенд уже выпускается ИПЦ "Учебная техника" г.Челябинск.
Ознакомиться с фото и списком работ можно на первой странице нашего сайтп www.electrolab.ru
в списке новинок.
ilk@electrolab.ru
Бегущий вещей
Опубликовано 19 октября 2009 года в 22:40

www.physicsdepartment.ru

Да, мы уже изучали продукцию Вашей фирмы (правда, я уже с того момента сменил кафедру работы).
Также я пробовал Ваши стенды в Волгоградском политехническом университете. Список лабораторных работ которые на нем можно выполнять отличный. Но вот проблема в юзабилити. Их инженеры были сильно недовольны защитой от коротких замыканий, там даже один источник питания сломался. Плюс, модульное исполнение неудобно, если с ним работают неаккуратные студенты. У них там регулярно модули выпадают из держателей.
А также нет вот той идеи, которую мы прорабатываем - каждому студенту свое задание.
ilk
Опубликовано 29 октября 2009 года в 8:21

www.electrolab.ru

ilk
Поставки в Волгоград были достаточно давно и с тех пор проблемы защиты решены. Любой неисправный блок Вы можете направить нам на ремонт (в большинстве случае бесплатный, кроме оплаты пересылки в наш адрес).
Любое оборудование может быть доработано, переработано (и даже разработано) под требования заказчика.
Мы сами разрабатываем и производим его. Обращайтесь! Такие примеры уже есть.
Бегущий вещей
Опубликовано 29 октября 2009 года в 22:27

www.physicsdepartment.ru

Действительно, я изучал Вашу продукцию года три назад. Если ситуация поменялась - это хорошо.
Но проблема в другом. Я уже ушел с той кафедры, где работал. Так что просто напомню заведующему про Вашу фирму.
А свой стенд я делаю уже как хобби, когда грустно становится и делать нечего ;)
Чтобы оставить комментарий надо зарегистрироваться или войти под своим именем.

Разделы:

Астрономическое (6)

Всякое (39)

Грустное (1)

Институтское регулярное (42)

К защите (10)

Как в этом работать (2)

Картинки для зрителя (7)

О физике (10)

Путешествия (12)

Развитие сайта (11)

Облако меток:

LaTeX, TeX, Винил, Воронеж, Встречи, Задача, Зрелище, Идея, Измерения, Книги, Константы, Конференция, Лабораторные работы, Лекции, Мате, Методичка, Москва, Начальство, Поиск, Псевдонаука, Сайты, Сессия, СИ, Слова, Сотрудники, Справочник, Стенд, Студенты, Тула, Уфа, Химия, Эталон

Персонализация:

Вход