Лабораторные работы по электронике

Методика проведения работы и обработки результатов эксперимента

4.1. Переключателем на лицевой панели стабилизированного источника питания ИП выставить напряжение стабилизации 15В.

4.2. Состыковать три розетки разъемов, расположенных на концах соединительных жгутов, с ответными частями соответствующих разъемов, расположенных на тензоусилителе "ТОПАЗ-4" (маркировка XI и Х2) и на механической части тензометрической установки (маркировка ХЗ, рис.6).

4.3. Концы кабеля с биркой "ПИТ", идущего от разъема Х2 подключить к выходным клеммам стабилизированного источника питания ИП. Концы кабеля с биркой UВЫХ, идущего от разъема Х2 подсоединить ко входу цифрового вольтметра ЦВ2; концы кабеля с биркой UВХ, идущего от разъема ХЗ подсоединить ко входу цифрового вольтметре ЦВ - 1.

4.4. После проверки собранной схемы лаборантом включить сетевое питание цифровых вольтметров ЦВ-1, ЦВ-2 и источника питания ИП. К дальнейшему выполнению работы приступить после 15-минутного прогрева приборов.

4.5. Отрегулировать коэффициент усиления усилителя КУС=UВЫХ /UВХ канала тензометрического усилителя "ТОПАЗ-4" в пределах 20,5±0,2.

Для этого провести следующие операции:

подать питание на тензоусилитель "ТОПАЗ-4", нажав кнопку "ВКЛ" на его лицевой панели; при этом должна загореться сигнальная лампочка, расположенная над кнопкой; переключатель "контроль-выход" поставить в положение 1;

б) тумблер Т1, расположенный на основании механического узла тензометрической установки (рис.5), поставить в положение "КУ";

в) потенциометром , шлиц которого выведен на лицевую панель первого канала тензометрического усилителя, устранить погрешность нуля усилителя, что соответствует нулевым показаниям цифрового вольтметра ЦВ-2; подать питание на мостовую измерительную схему, нажав кнопку "ПД" на лицевой панели блока питания тензометрической установки;

г) потенциометром R5, расположенным на основании механического узла тензометрической установки, выставить сигнал на входе тензометрического усилителя 6±0,1 мВ, контролируя его по цифровому вольтметру ЦВ1;

д) регулировочным потенциометром "У", шлиц которого расположен на лицевой панели первого канала тензометрического усилителя, выставить выходное напряжение усилителя, контролируемое по вольтметру ЦВ-2, соответствующее коэффициенту усиления КУ =20,5±0,2.

Внимание! После регулировки коэффициента усиления КУ в процессе дальнейшего выполнения работы положение регулировочного резистора "У" не изменять.

4.6. Перевести тумблер Т1 на механическом узле тензометрической установки в положение "ИЗМ", соответствующее режиму измерения.

При нулевом значении измеряемого усилия P сбалансировать измерительную мостовую схему путей вращения ручки 9, сидящей на оси 8 эксцентрика 7 (рис.5). В случае баланса цифровой вольтметр ЦВ-2, подсоединенный к выходу электронного усилителя УС должен давать показания не более ±1 единица младшего разряда на самом низком пределе измерения. Окончательную балансировку измерительного тракта произвести вращением потенциометра "Б" на лицевой панели усилителя.

4.7. Экспериментально определить градуировочную характеристику тензометрической установки, т.е. зависимость между выходным напряжением и входным измеряемым усилием UВЫХ=(P) воздействующим на конец консольной балки установки.

Входные усилия задаются навеской грузов известного веса. Значение веса выгравировано на каждом из грузов. Нагружение ведется от 0 до 10 Н с дискретностью 1 Н. Для каждого дискретного веса фиксируется значение выходного напряжения UВЫХ на цифровом вольтметре ЦВ2. Результаты измерений заносятся в табл.1.

Аналогичная характеристика UВЫХ=(P) снимается при разгрузке установки от 10 Н до о Н с дискретностью 1 Н.

4.8. По полученным в результате эксперимента данным определить точки градуировочной характеристики тензометрической установки.

Точки градуировочной характеристики определяются как среднее значение показаний цифрового вольтметра при нагружении и разгрузке, соответствующие каждому фиксированному значению усилия (веса). Например, если при воздействии силы в 4Н при нагружении показания цифрового вольтметра 41кВ, а при разгрузке - 43мВ, то точка градуировочной характеристики определяется UГРАД P=4H=(41+43)/2=42мВ

Значения градуировочной характеристики заносятся в последнюю колонку табл.1.

4.9. Построить график UГРАД=(Р). Масштаб графика должен быть таким, чтобы сила в 1Н занимала на оси абсцисс не менее 10 мм, а напряжение UГРАД=10 мВ занимало на оси ординат также не менее 10 мм.

По полученным на графике точкам провести аппроксимирующую прямую линию таким образом, чтобы она усредняла отклонение от нее точек градуировочной характеристики.

4.10. На основании полученной аппроксимирующей прямой определить чувствительность S тензометрической установки как отношение

 [мВ/Н],

где UВЫХ - приращение выходного напряжения, соответствующее приращению входного измеряемого усилия на величину DР. Поскольку в рассматриваемом случае аппроксимирующая прямая проходит через начало координат, то чувствительность тензометрической установки можно определить как отношение

  [мВ/Н].

В последнем случае значение S определяется с меньшей погрешностью.

Обычно в практике измерений аппроксимирующую прямую принимают за градуировочную характеристику. В этом случае вместо градусника можно использовать известное значение чувствительности S, оговаривая при этом верхний предел измерения по усилию Pmax.

4.11.Произвести измерение веса пяти деталей, на которых нет гравировки, указывающей их вес.

Для этого вновь провести проверку и в случае необходимости регулировку коэффициента укрепления усилителя (см.пл.5.), затем сбалансировать измерительную мостовую схему (п.п.6.). Зафиксировать в табл.2 показания цифрового вольтметра после навески грузов неизвестного веса. Определить веса грузов, используя отношение P=UВЫХ/S, и занести их в колонку 4 табл.2.

4.12. По графику UВЫХ=(P) определить составляющую приведенной погрешности измерения, обусловленную аппроксимацией градуировочной характеристики прямой линией. Для этого необходимо определить максимальное по абсолютной величине отклонение градуировочной точки от аппроксимирующей прямей и вычислить отношение

4.13. Все проведенные выше вычисления можно выполнить на ЭВМ типа "СМ-4", вызвав программу "KAR 005.BAS ".По введенным результатам эксперимента ЭВМ выдает значение точек градуировочной характеристики, определяет уравнение регрессии (аппроксимирующей прямой), чувствительность тензометрической установки, приведенную погрешность аппроксимации, а также вес неизвестных грузов.

Все эти данные выводятся на экран дисплея и должны быть зафиксированы в отчет.

Алгоритм выполнения программы аналогичен алгоритму ручной обработки данных.

5. Требования к технике безопасности при выполнении лабораторной работы

5.1. Включение в сеть всех используемых в лабораторной работе приборов и собранной схемы можно производить только с разрешения лаборанта или преподавателя после проверки ими подготовленных к включению приборов и схемы.

5.2. В случае обнаружения нарушения целостности изоляции проводов, искрения в розетках сети и вилках кабелей питания прекратить выполнение работы, выключить все приборы и обратиться к лаборанту или преподавателю, проводящему лабораторные занятия.

5.3. Категорически запрещается включать в сеть и пользоваться приборами в случае нарушения целостности проводов заземления их корпусов.

6. Требования к отчету

6.1. Отчет помещается в тетрадь, предназначенную для выполнения цикла лабораторных робот по дисциплине.

6.2. В отчете должны быть помещены:

- эскиз конструкции механической части тензометрической установки с указанием мест размещения тензорезисторов (дается одна проекция - вид сбоку);

- структурная схема тензометрической установки;

- таблица данных, необходимых для определения градуировочной характеристики (табл.1);

- график с точками градуировочной характеристики и с аппроксимирующей прямой;

- формула для определения чувствительности тензометрической установки и значение чувствительности, определенное с использованием аппроксимирующей прямой;

- таблица экспериментальных данных и результатов расчета определению весов неизвестных грузов;

- расчетную формулу и значение составляющей приведенной погрешности, обусловленной аппроксимацией градуировочной характеристики.

График градуировочной характеристики и аппроксимирующей прямой строится на миллиметровой бумаге с масштабами по оси абсцисс 10 мм=1Н по оси ординат 10 мм=1В.

7. Вопросы для подготовки к защите лабораторной работы

7.1. В чем заключается сущность явления тензоэффекта?

7.2. Дать определение коэффициента тензочувствительности тензорезисторного преобразователя.

7.3 Конструкция тензорезисторного преобразователя.

7.4. Материалы, из которых изготавливается чувствительная часть тензорезистора.

7.5. Схемы включения тензорезисторных преобразователей.

7.6. Структурная схема тензометрической установки.

7.7. Методика определения коэффициента усиления тензометрического усилителя.

7.8. За счет каких "элементов балансируется мостовая измерительная схема?

7.9. Методика определения чувствительности тензометрической установки.

7.10. Методика определения веса неизвестных грузов.

7.11. Почему возникла необходимость питать мостовую измерительную схему от стабилизированного источника напряжения?

7.12. Каким образом нужно поставить эксперимент, чтобы определить влияние колебаний напряжения источника, питающего мостовую измерительную схему?

7.13. Можно ли с помощью рассмотренной тензометрической установки измерять величины периодически изменяющихся усилий?

7.14. Чем отличаются реальная градуировочная характеристика от номинальной, за которую принимается аппроксимирующая пряная?

7.15. Каким образом оценивается составляющая приведенной погрешности, обусловленная погрешностью аппроксимации градуировочной характеристики прямой линией?

8. Литература

8.1. Левина Е.С., Новицкий П.В. Измерительные преобразователи. - Л.: Энергоатомиздат, 1980.

8.2. Проектирование датчиков для измерения механических величин. Е.П. Осадчий, А.И. Тихонов, В.И. Карпов и др. Под ред. Е.П. Осадчего. - М.: Машиностроение, 1979.


На главную