Лабораторный стенд по измерениям. Пределы измерения

В программу курса входит лабораторная работа по изменению пределов измерения приборов. Если честно, я сам ни разу не сталкивался с такой необходимостью. Цифровым мультиметрам вообще все равно, они все необходимые диапазоны охватывают. Но раз положено - будем делать.

Сформулируем задание. Есть реальный источник э.д.с. с большим значением выдаваемой э.д.с. Например, от 24 до 36 В (с шагом в 2 вольта). Это значение выводится на индикатор возле источника питания (Emax). А на клеммы выставляется любое другое напряжение в диапазоне от 22 до Emax вольт, чтобы надежно «спалить» прибор в случае неправильного подключения. Значение этого напряжения задается разницей D. То есть Eвых = Eмах - D. Таким образом, D может изменяться от 0 до 14 вольт.

Источники э.д.с. и тока
Источники э.д.с. и тока
Добавочное сопротивление и шунт
Добавочное сопротивление и шунт

Аналоговые вольтметры, описанные в прошлой лабораторной по постоянному току, могут измерять напряжение только до 20 В. Задача студента - не спалив источника э.д.с., не перегрузив прибора и добавочного сопротивления, измерить значение э.д.с. То есть подобрать необходимый номинал сопротивления, подключить его к прибору и правильно интерпретировать показания этого прибора с измененным диапазоном.

Та же история с измерением тока. Есть реальный источник тока, выдающий максимальный ток в диапазоне от 0,2 до 0,9 А с шагом в 0,1 А (на панели появляется значение максимального тока Imax). На клеммы подан неизвестно какой ток в диапазоне от 0,2 до Imax. По аналогии с вольтметром, подаваемый ток определяется разницей D, которая лежит в диапазоне от 0 до 0,7 А. Амперметр измеряет ток до 100 мА. Надо подобрать шунт и, не спалив источника, измерить его ток.

Кстати, надо бы в предыдущие работы ввести изучение источника тока, а то как-то неправильно получается, да и прибор достаточно сложный в эксплуатации (из опыта работы в лаборатории). Хотя, этим на теоретических основах электротехники должны заниматься, а не на измерениях. Подумаю над этим вопросом.

Теперь рассмотрим лабораторную работу с технической стороны.

Итак, в первую очередь надо обеспечить конечное входное сопротивление амперметров и вольтметров. Поскольку мы договорились, что это будут самодельные устройства, то придется побеспокоиться при расчете. Прикинем. Максимальное напряжение, которое можно отыскать в лаборатории - 540 вольт. Это амплитудное значение от 380 В. Вольтметр должен благополучно выдерживать это напряжение. Примем входное сопротивление равным 60 кОм (точно потом подберем, когда конкретное изделие разрабатывать будем). Тогда мощность резисторов должна быть равна 5 ваттам. Это приемлемо, хотя уже керамика. Далее, при таком значении внутреннего сопротивления вольтметра сопротивление добавочного резистора должно составлять от 12 до 48 кОм. То есть этот резистор не может быть тем, который мы использовали в предыдущей работе. Конечно, его можно использовать, но мотать ручкой значение сопротивления от 0 до 48000 Ом как-то не очень удобно будет. Ручка быстро развалится. Поэтому принимаем решение ставить отдельное добавочное сопротивление для этой лабораторной.

Теперь переходим к амперметру. Максимальный ток, который может быть подан равен току короткого замыкания силовой сети. Но этим займется защитная электроника. Считаем, что она разорвет измерительную цепь гарантированно быстрее, чем сгорит шунт. Таким образом, этот шунт должен быть рассчитан всего лишь на номинальный ток 100мА. Пусть его сопротивление равно 1 Ом (много, конечно, но для экспериментов сойдет). Тогда мощность получается равной 10 мВт, что совсем немного. Добавочный шунт для изменения пределов измерения в этом случае должен изменять свое сопротивление от 1 до 0,125 Ом. Шунт, естественно, отдельное сопротивление, использовать резисторы из прошлых лабораторных не представляется возможным. Значение сопротивления шунта должно изменяться от 0 до 1 Ома с шагом в 0,025 Ом. Естественно, что в схему этого шунта также должна быть включена цепь защиты.

Вот, собственно, и все внутренности этой работы. На словах, вроде, не так сложно, но схемотехника будет приличной. Кстати, для сопротивлений схемы будут аналогичными предложенной в предыдущей работе.

PS. Я вот тут подумал, а что, если студент банально воспользуется мультиметром? Измерение будет гарантированно правильное. А толку от него - ноль. Как контролировать, что измерялось именно амперметром? С учетом того, что отчет происходит на гораздо более поздних занятиях.

Думаю, что придется сделать переключатель лабораторных работ. При этом будет активно только то оборудование, которое необходимо для выполнения. Заодно можно будет сэкономить на количестве знаков в номере варианта.

Да, коль затронул количество вариантов - надо посчитать, сколько их получилось для данной работы. Максимальное значение напряжения на вольтметре - 7 вариантов, установленное на клеммах напряжение - 8 вариантов, максимальное значение тока - 8 вариантов, установленное значение тока - 8 вариантов. Итого, по 3 бита на каждую установку, получается еще 12 бит, что эквивалентно 4096 вариантам. На самом деле их будет меньше, поскольку не все варианты реализуемы. Подсчитаем потом по факту. Но в любом случае, приличное количество. Полностью по стенду количество заданий измеряется уже 24 битами, то есть больше 16 миллионов. Но это грубая оценка, не все варианты можно реализовать, некоторые будут дублировать друг друга.

Удачных работ вам!

Опубликовано 21 мая 2009 года
Раздел: Институтское регулярное | Метки: Лабораторные работы, Стенд, Измерения
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