- •Факультет менеджмента и инженерного бизнеса
- •Содержиние
- •Введение
- •Лабораторная работа №1. Цифровые измерительные приборы
- •1. Основные понятия и расчетные соотношения
- •1.1. Общие сведения
- •1.2. Основные метрологические характеристики цифровых приборов
- •1.3. Цифровые вольтметры
- •1.3.1. Цифровой вольтметр с время-импульсным преобразованием
- •1.3.2. Вольтметр поразрядного уравновешивания
- •1.3.3. Цифрового вольтметра с двойным интегрированием
- •1.4. Измерение частоты методом дискретного счета.
- •2. Задания на экспериментальные исследования и методика их выполнения на лабораторном стенде
- •3. Задания на экспериментальные исследования и методика их выполнения на компьютере (ewb, multisim)
- •4. Требования к отчету
- •5. Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №2. Аналоговые измерительные приборы
- •1. Основные понятия и расчетные соотношения
- •1.1. Общие сведения
- •Ферродинамического (в) и электростатического (г) им
- •1.2. Основные электромеханические электроизмерительные приборы
- •1.2.1. Основные параметры стрелочного индикатора
- •1.2.2. Расчет миллиамперметра
- •1.2.3. Расчет вольтметра постоянного тока
- •1.2.4.Расчет вольтметра переменного тока
- •2. Задания на экспериментальные исследования и методика их выполнения на лабораторном стенде
- •3. Задания на экспериментальные исследования и методика их выполнения на компьютере (ewb, multisim)
- •4. Требования к отчету
- •5. Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №3.
- •Измерение сопротивления проводника
- •Пример обработки результатов косвенных измерений при определении удельного сопротивления проводника
- •2. Задания на экспериментальные исследования и методика их выполнения на лабораторном стенде
- •Измерение диаметра проволоки.
- •3. Задания на экспериментальные исследования и методика их выполнения на компьютере (ewb, multisim)
- •3. Результаты измерения удельного сопротивления представить в виде
- •4. Требования к отчету
- •5. Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №4.
- •3.4. Измерение мгновенной, активной, полной и реактивной мощностей двухполюсника с помощью перемножителя и осциллографа
- •2. Задания на экспериментальные исследования и методика их выполнения на лабораторном стенде
- •3. Задания на экспериментальные исследования и методика их выполнения на компьютере (ewb, multisim)
- •4. Требования к отчету
- •5. Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №5. Средства измерения использующие, нулевой метод
- •1. Основные понятия и расчетные соотношения
- •1.1. Общие сведения
- •1.2. Компенсационный метод измерения
- •1.3. Мостовой метод измерения параметров элементов
- •2. Задания на экспериментальные исследования и методика их выполнения на лабораторном стенде
- •1.1. Измерить напряжение Uх компенсатором напряжения.
- •А) - нулевым методом и б) - методом непосредственного отсчета
- •1.2. Измерить напряжение Uх методом непосредственного отсчета (вольтметром).
- •2.1. Измерить ток Iх методом непосредственного отсчета (амперметром pa1).
- •А) - методом непосредственного отсчета и б) - нулевым методом.
- •3. Задания на экспериментальные исследования и методика их выполнения на компьютере (ewb, multisim)
- •1.1. Измерить напряжение Uх компенсатором напряжения.
- •А) - нулевым методом и б) - методом непосредственного отсчета
- •1.2. Измерить напряжение Uх методом непосредственного отсчета (вольтметром pv1).
- •2.1. Измерить ток Iх методом непосредственного отсчета (амперметром pa1).
- •А) - методом непосредственного отсчета и б) - нулевым методом.
- •4. Требования к отчету
- •5. Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №6. Измерение спектров Электрических сигналов
- •1. Основные понятия и расчетные соотношения
- •1.1. Общие сведения о сигналах и спектрах
- •А) спектр амплитуд, б) спектр фаз сигнала
- •1.2. Спектры основных периодических сигналов
- •2. Спектральный состав прямоугольных видеоимпульсов
- •3. Треугольный импульс (симметричный).
- •4. Треугольный импульс (пилообразный).
- •1.3. Модулированные сигналы
- •2. Методы анализа спектра сигналов
- •2.1. Анализ спектра методом фильтрации
- •2.2 Цифровой анализ спектра
- •2. Задания на экспериментальные исследования и методика их выполнения на лабораторном стенде
- •3. Задания на экспериментальные исследования и методика их выполнения на компьютере (ewb, multisim)
- •4. Требования к отчету
- •5. Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №7. Автоматизированные измерения лабораторным комплексом ni elvis
- •Введение
- •Использование Виртуальных приборов измерительного комплекса ni elvis
- •Рис 1а.
- •2. Практические упражнения
- •И высоких частот (фвч) – (б)
- •5. Контрольные вопросы
- •Библиографический список
- •Удельное сопротивление веществ (при 20с)
- •Абсолютные инструментальные погрешности средств измерений
- •Измерение линейных величин. Измерение линейкой
- •Штангенциркуль
- •Микрометрический винт. Микрометр
- •Приложение 4. Рекомендации при построении графиков.
Рис 1а.
Программное обеспечение комплекса состоит из набора виртуальных инструментов, выполняющих функции измерительных приборов и устройств. Набор виртуальных измерительных приборов содержит:
– генератор сигналов (Function Generator);
– осциллограф (Oscilloscope);
– анализатор спектров (Dynamic Signal Analyzer);
– цифровой мультиметр (Digital Multimeter);
– анализатор входного сопротивления (Impedance Analyzer);
– анализатор частотных характеристик (Bode Analyzer);
– построитель вольт-амперных характеристик двухполюсных устройств (Two – Wire Current Voltage Analyzer);
– построитель характеристик трехполюсных устройств (Three-Wire Current Voltage Analyzer).
На дисплее компьютера отображаются передние панели виртуальных приборов, внешний вид которых соответствует передним панелям соответствующих реальных приборов. Настройка и регулировка приборов осуществляется виртуальными «ручками управления», которые управляются мышью либо с помощью клавиатуры. Клавиатура выполняет вспомогательную роль, позволяя вводить значения регулируемых параметров непосредственно на цифровые панели.
Аппаратная часть комплекса
Рабочая станция . Внешний вид рабочей станции показан на рис. 1.
Рис. 1
Цифрами на рис. 1 обозначены:
1 – монтажная панель (2800 гнезд);
2 – предохранитель цифрового мультиметра;
3 – разъемы цифрового мультиметра;
4 – разъемы осциллографа;
5 – выходы генератора функций;
6 – отверстия для крепления монтажной панели;
7 – разъем;
8 – выключатель питания монтажной панели;
9 – индикаторы, показывающие состояние рабочей станции;
10 – ручки управления регулируемым источником питания;
11 – ручки управления генератором функций.
Технические характеристики рабочей станции
– 8/16 каналов аналогового ввода (16 разрядов, 1.25 МГц);
– 2 канала аналогового вывода (16 разрядов, 2.8 МГц);
– 24 цифровых линии ввода/вывода (10 МГц);
– 2 счетчика/таймера;
– регулируемые источники постоянного напряжения ±12В;
– стабилизированные источники постоянного напряжения ±5В, ±15В;
– BNC разъемы для мультиметра и осциллографа;
Управление рабочей станцией может осуществляться программно, с помощью LabVIEW , и в ручном режиме, элементами управления, расположенными на лицевой панели.
Монтажная панель. Внешний вид монтажной панели показан на рис.2. Она подключается к рабочей станции через стандартный PCI разъем. Этот разъем может использоваться для установки плат собственной разработки.
Рис. 2
Цифрами на монтажной панели обозначены:
1 – аналоговые входы;
2 – слот для подключения к рабочей станции;
3 – цифровые входы и выходы;
4 – индикаторы, конфигурируемые пользователем;
5 – разъем D - SUB
6 – разъемы счетчика и таймера, пользовательский ввод-вывод;
7 – разъемы цифрового мультиметра, генератора функций, источников питания;
8 – индикаторы источников питания;
9 – пользовательские выводы;
10 – BNC разъемы;
11 – разъемы типа «банан»;
12- крепежные отверстия.
Внимание! Перед установкой монтажной панели в рабочую станцию или ее демонтажем убедитесь, что питание монтажной панели отключено.
Исследуемая цепь собирается на наборном поле монтажной панели. Наборное поле представляет набор выводов, объединенных в горизонтальные полосы по четыре и пять выводов и вертикальные полосы по 25 выводов. Крайние вертикальные полосы подключены к различным каналам платы сбора данных, а также к различным устройствам на рабочей станции. Слева и справа нанесены названия каждого такого вывода. В табл.1 приведены описания выводов.
На монтажной панели имеются терминалы для исследования характеристик двухполюсных и трехполюсных цепей. Для этого программное обеспечение содержит специальные приборы – анализатор комплексных сопротивлений, построители ВАХ двухполюсных и трехполюсных элементов.
Собранную цепь можно подключить к аналоговым или цифровым каналам ввода-вывода платы сбора данных, к источникам питания. К исследуемой цепи через разъемы «банан», BNC разъемы и разъем D - SUB можно подключить источники внешних сигналов, внешние измерительные приборы, источники питания и т.д.
Источники питания. На монтажной панели имеются фиксированные источники питания ±15В и +5В. Регулируемые источники обеспечивают напряжение от 0 до +12В и от 0 до -12В.
В NI ELVIS II используются полупроводниковые схемы защиты линий ввода-вывода. Единственный плавкий предохранитель, защищающий мультиметр, расположен в съемном картридже.
Если при включенном питании монтажной платы не светится один из индикаторов питания, необходимо проверить собранную цепь или присоединенные устройства на отсутствие короткого замыкания. Отключите питание монтажной платы и включите снова для сброса схем защиты.
Таблица 1
Обозначение |
Тип |
Описание |
AI <0…7>± |
Аналоговые входы |
Восемь дифференциальных входов |
AI SENSE |
Аналоговый вход |
Нулевая точка для аналоговых каналов в режиме NRSE |
AI GND |
Аналоговый вход |
Заземление для аналоговых входных сигналов |
BASE |
Вход для анализатора трехпроводных устройств |
Вывод для подключения базы биполярных транзисторов |
DUT+ |
Входы для мультиметра, анализатора импеданса, анализаторов двухпроводных и трехпроводных устройств |
Входы для измерения емкости и индуктивности с помощью цифрового мультиметра, анализатора импедансов, построителей ВАХ |
DUT- | ||
AO <1..0> |
Аналоговые выходы |
Аналоговые выходы для генератора произвольных сигналов |
FGEN |
Генератор функций |
Выход генератора функций |
SYNC |
Генератор функций |
ТТЛ выход, синхронизированный с генератором функций |
AM |
Генератор функций |
Аналоговый вход, используемый для амплитудной модуляции сигнала генератора |
FM |
Генератор функций |
Аналоговый вход, используемый для частотной модуляции сигнала генератора |
BANANA |
Входы/выходы, конфигурируемые пользователем |
Выводы подключены к разъемам типа «банан» на монтажной панели |
BNC <1…2> |
Входы/выходы, конфигурируемые пользователем |
Выводы подключены к BNC разъемам на монтажной плате |
SUPPLY+ |
Источник регулируемого постоянного напряжения |
Вывод регулируемого источника питания (от 0 до + 12 В) |
GROUND |
Источники питания |
Заземление монтажной панели |
SUPPLY – |
Источник регулируемого постоянного напряжения |
Вывод регулируемого источника питания (от 0 до – 12 В) |
+15 V |
Источник питания |
Источник питания +15 В |
– 15 V |
Источник питания |
Источник питания – 15 В |
GROUND |
Источник питания |
Заземление |
+5 V |
Источник питания |
Источник питания +5 В |
DIO <0…23> |
Цифровые сигналы |
Цифровой ввод/вывод |
Характеристики виртуальных приборов
Основными рабочими кнопками приборов являются кнопки запуска выполнения виртуального прибора и кнопки сохранения данных измерений и/или анализа в файл. Доступ к виртуальным приборам NI ELVIS реализован через модуль запуска виртуальных приборов Instrument Launcher , который открывается по пути Пуск>>Программы>> National Instruments >> NI ELVIS II >> NI ELVIS .
Модуль запуска приборов NI Elvismx . Передняя панель модуля запуска ВИ показана на рис. 3.
Рис. 3
Для запуска прибора необходимо нажать соответствующую кнопку. Если кнопки запуска виртуальных приборов недоступны и затемнены, это может означать, что есть проблемы с платой сбора данных, либо рабочей станцией. Возможно, что рабочая станция отключена от питания. Программа выдаст сообщение о том, в чем может заключаться ошибка.
Цифровой мультиметр – Digital Multimeter (DMM). Цифровой мультиметр поддерживает все основные функции мультиметра. Этот прибор может производить измерения следующих величин:
– Постоянное и переменное напряжение. Для измерения напряжения используются выходы VOLTAGE HI и VOLTAGE LO . Измеряемое постоянное напряжение не должно превышать ±20 В. Действующее значение измеряемого переменного напряжения не должно превышать 14 В.
– Постоянный и переменный ток. Для измерения тока используются выходы CURRENT HI и CURRENT LO. Ток не должен превышать 250 мА.
– Активное сопротивление. Для измерения активного сопротивления, а также для всех упоминаемых далее величин используются выходы CURRENT HI и CURRENT LO. Значение сопротивления должно находиться в пределах от 5 Ом до 3 МОм.
– Емкость. Пределы измерения составляют от 50 пФ до 500 мкФ.
– Индуктивность. Пределы измерения составляют от 100 мкГн до 100 мГн.
– Проверка работоспособности диода.
Разъемы штекерного типа расположены сбоку на рабочей станции. Для измерения постоянного и переменного токов A и COM. Для измерения постоянного и переменного напряжений, сопротивления, характеристик диода предназначены разъемы V? и COM .
Осциллограф (Scope). Программное обеспечение ELVIS II реализует функциональные возможности двухканального осциллографа. Изображение передней панели прибора показано на рис. 4.
С помощью ручек на передней панели можно регулировать масштаб, временную развертку, выбирать режим синхронизации. Курсоры осциллографа можно использовать для точных измерений параметров сигналов.
Рис. 4
Входы осциллографа подключены к BNC коннекторам рабочей станции. Эти каналы имеют входное сопротивление 1 МОм и снабжены аттенюаторами 1х/10х. Можно использовать также аналоговые входы < AI 0…7> на монтажной панели.
Характеристики прибора:
– два независимых канала;
– возможность измерения амплитуды и частоты;
– курсоры;
– диапазон частот – 50 кГц;
– максимальная частота оцифровки сигнала – 500 кГц/канал;
– диапазон напряжений – 100 мВ – 10 В;
– входное сопротивление – 1 ГОм.
Генератор сигналов произвольной формы. С помощью этого прибора можно получать различные аналоговые сигналы. Пользователь может сформировать сигнал требуемой формы с помощью редактора Waveform Editor.
Поскольку рабочая станция имеет два выхода, AO 0 и AO 1, одновре-менно можно сформировать два сигнала различной формы.
Канал AO 0 используется также для подачи входного напряжения на вывод BASE анализатора характеристик биполярных транзисторов.
Функциональный генератор – Function Generator ( FGEN ). Генератор позволяет получить сигналы синусоидальной, прямоугольной и треугольной формы. Передняя панель прибора показана на рис. 5.
Рис. 5
С помощью ручек, расположенных на передней панели, можно выбирать форму сигнала (синусоидальная, пилообразные или треугольные импульсы), амплитуду и частоту, а также смещение (offset). Прибор позволяет получать также амплитудно- и частотно-модулированные колебания.
Управление основными параметрами генератора (частота, амплитуда, тип сигнала) может осуществляться как программно, так и в ручном режиме с помощью переключателей и ручек, расположенных на лицевой панели рабочей станции.
Характеристики генератора:
– диапазон частот 5 Гц – 50 кГц; – типы сигналов – синус, прямоугольный, треугольный;
– максимальная амплитуда напряжения 10 В; – смещение ±5В;
– выходное сопротивление 50 Ом; – максимальный выходной ток 100 мА.
Функциональный генератор может работать в ручном режиме ( Manual Mode ). Для этого необходимо установить флажок в окне Manual Mode (расположено в левой нижней части передней панели). Ручки управления функциональным генератором расположены в правой части рабочей станции (рис. 1). Ручкой FREQUENCY регулируется частота генерируемого сигнала, а ручкой AMPLITUDE – его амплитуда. В ручном режиме можно получить только гармонический сигнал.
Выход генератора может быть подключен либо к BNC коннектору FGEN / TRIG рабочей станции либо к выводу FGEN монтажной панели. Выводы AM и FM представляют аналоговые входы для амплитудной и частотной модуляции сигнала генератора.
Анализатор комплексных сопротивлений – Impedance Analyzer . Прибор служит для измерения комплексных сопротивлений пассивных двухполюсников на заданной частоте.
Рис. 6
Частота сигнала может задаваться пользователем. Частотный диапазон составляет от 1 Гц до 35 кГц. По умолчанию частота равна 1000 Гц. Диапазон измеряемых сопротивлений от 5 Ом до 3 Мом.
Прибор подключается к выводам DUT + и DUT – монтажной панели.
Анализатор спектров – Dynamic Signal Analyzer. Прибор реализует функции анализатора спектров. Изображение передней панели анализатора показано на рис. 7.
Диапазон частот анализатора равен 625 кГц. Измерения могут производиться в непрерывном или однократном режиме.
Прибор поддерживает функции фильтрации и усреднения сигналов, а также измерения параметров THD и SINAD .
Рис. 7
Анализаторы вольт-амперных характеристик двухполюсных и трехполюсных цепей – Two – Wire and Three – Wire Analyzers . Эти приборы предназначены для получения ВАХ нелинейных элементов – диодов, стабилитронов и т.п. К сожалению, NI ELVIS II позволяет анализировать только один вид трехполюсных компонентов – биполярные транзисторы. Изображение передней панели двухполюсного анализатора показано на рис. 8. На рис. 9 показана передняя панель трехпроводного анализатора.
Пользователь имеет возможность задавать диапазон изменения напряжений и токов, шаг приращения напряжения (Increment), масштаб графика (линейный или логарифмический). Полученные данные могут записываться в файл.
Диапазон рабочих токов двухпроводного анализатора равен ±40мА. Напряжения могут варьироваться от – 10 В до + 10 В.
Рис. 8