double arrow

ЗАЩИТА ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ


Каждая лабораторная работа должна защищаться студентом. К защите лабораторная работа допускается только, когда выполнены все эксперименты и полностью оформлен отчет по лабораторной работе.

Защита лабораторной работы может осуществляться в виде устного собеседования, компьютерного теста, письменной контрольной работы или решения задач по теме лабораторной работы. Форма защиты лабораторной работы выбирается преподавателем.

 


Лабораторные работы 1, 2

Исследование методов проведения измерений с использованием учебно-лабораторной установки NI ELVIS II

1 Цель работы:

1.1 Познакомиться с конструкцией и органами управления учебно-лабораторной установки NI ELVIS II.

1.2 Ознакомление с методикой проведения основных измерений, осуществляемых при прохождении лабораторного практикума на учебно-лабораторной установке NI ELVIS II.

 

Литература

2.1 Бакалов В. П. Основы теории цепей: учеб. для вузов / В. П. Бакалов, В. Ф. Дмитриков, Б. И. Крук .- 2-е изд., перераб. и доп.- М. Горячая линия, 2013., 596с.

2.2 Котова. Н. Л. Комплект виртуальных измерительных приборов National Instruments ELVIS. Практическое пособие.: УрТИСИ, 2008.




2.3 Техническая документация к лабораторной установке NI ELVIS II.

2.4 Приложение к данной лабораторной работе.

 

Основное оборудование

3.1 Лабораторная установка NI ELVIS II.

3.2 Персональный компьютер с программой виртуальных приборов «NI ELVISmx Instrument Launcher».

3.3 Модульные платы с радиоэлементами.

 

Подготовка к работе

4.1 Повторите параметры гармонического колебания и порядок их расчета.

4.2 Повторите законы Ома и Кирхгофа.

4.3 Пользуясь приложением к лабораторной работе, изучите состав лабораторной установки NI ELVIS II.

4.4 Пользуясь пунктом 5 данной лабораторной работы, изучите органы управления мультиметра, функционального генератора, осциллографа.

4.5 Выполните задание расчетной части.

4.5.1 Пользуясь методикой измерения описанной в пункте 5.7, выведите формулу для определения внутреннего сопротивления генератора R0.

4.5.2 Воздействие задано моделью u(t)=3sin125600t, В. Рассчитайте: Um, U, Up, ω, f, T. Заполните таблицу 1.2 из пункта 5 настоящих методических указаний (строка «Расчетные данные»).

4.6 Подготовьте отчет к лабораторной работе.

4.7. Ответьте на вопросы по допуску к работе.

4.7.1 Что такое гармоническое колебание? Приведите пример гармонического колебания.

4.7.2 Перечислите параметры, которыми характеризуется гармоническое колебание? Дайте им определение и напишите формулы для их расчета.

4.7.3 Укажите назначение макетной платы учебно-лабораторной установки NI ELVIS II.

4.7.4 Какие компоненты входят в макетную плату учебно-лабораторной установки NI ELVIS II?

4.7.5 Какие приборы используются в учебно-лабораторной установке NI ELVIS II. Укажите их назначение.



4.7.6 В каких режимах измерения может работать мультиметр?

4.7.7 Какие формы сигнала может генерировать функциональный генератор?

4.7.8 Какие параметры могут устанавливаться на функциональном генераторе? Какими органами управления это делается?

4.7.9 Сколько каналов у осциллографа учебно-лабораторной установки NI ELVIS II? Как они называются?

4.7.10 Какие органы управления осциллограммой есть на осциллографе учебно-лабораторной установки NI ELVIS II? Их назначение.

4.7.11 Какую функцию выполняет курсор на осциллографе учебно-лабораторной установки NI ELVIS II?

4.7.12 В каких режимах работают генераторы? Нарисуйте схемы и поясните особенности этих режимов.

 

Задание

5.1 Подготовка к работе.

5.1.1 Включите компьютер.

5.1.2 Зайдите под учетной записью «student». Пароль «student».

5.1.3 На задней панели включите питание лабораторной установки NI ELVIS.

5.1.4 Включите питание макетной платы. Кнопка находиться у правого верхнего угла платы.

5.1.5 На компьютере, с рабочего стола или через автозапуск, запустите программу виртуальных приборов «NI ELVISmx Instrument Launcher». Должно открыться окно, показанное на рисунке 1.1.

 

Рисунок 1.1 – Линейка виртуальных приборов для лабораторной установки NI ELVIS.

 

5.2 Изучите порядок работы с виртуальным мультиметром.

5.2.1 В программе «NI ELVISmx Instrument Launcher» запустите виртуальный мультиметр, нажав на кнопку DMM. Появиться окно мультиметра, показанное на рисунке 1.2.

5.2.2 По рисунку 1.2 изучите органы управления виртуального мультиметра.



 

Окно выбора устройства, с которого подается сигнал
Окно выбора пределов измерения
Схема подключения мультиметра к NI ELVISE
Кнопки выбора режима работы
Экран мультиметра

 
 

 


Рисунок 1.2 – Окно виртуального мультиметра.

 

5.3 Измерение сопротивления резистора.

5.3.1 Соберите на макетной плате схему измерения, показанную на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 – Схема измерения сопротивления резистора

 

Для этого необходимо выполнить следующее:

1. Возьмите модульную плату, которая показана на рисунке 1.4 и изучите ее конструкцию.

На этой плате установлены пять резисторов с цветовой кодировкой, один конденсатор и одна катушка индуктивности. У каждого из этих элементов, с двух сторон, установлены блок гнезд, по три гнезда в каждом блоке, к которым подключаются проводники.

2. Соберите схему для измерения сопротивления резистора, как показано на рисунке 1.5. Согласно схеме подключения сигнал для мультиметра снимается с группы гнезд DMM «V и COM». На данной лабораторной установке эти гнезда соединены с двумя гнездами «BANANA», соответственно разъем «V» подключен к разъему «BANANA А», а разъем «COM» подключен к разъему «BANANA В». В свою очередь, разъемы «BANANA» выведены на гнезда левого блока гнезд «Terminal Strips», обозначенный «Р2». Разъем «BANANA А» выведен на 38 ряд гнезд, подписанный «BANANA А», разъем «BANANA В» выведен на 39 ряд гнезд, подписанный «BANANA В». Таким образом, проводниками, необходимо соединить 38 и 39 ряды гнезд с блоками гнезд модульной платы, по обе стороны, того резистора, сопротивление которого необходимо измерить.

3.

Рисунок 1.5 - Схема измерения сопротивления резистора, с помощью лабораторной установки NI ELVIS и мультиметра.

5.3.2 Определите сопротивление установленного резистора. Для этого, виртуальный мультиметр, переключить в режим измерения сопротивления, нажав на кнопку «Ω». Затем, включить мультиметр, нажав кнопку «Run». В результате, на экране мультиметра появиться результат измерения (рисунок 1.6).

5.3.3 Внесите полученные показания в таблицу 1.1 строка «Измеренное значение».

 

Рисунок 1.6 – Настройка мультиметра и измерения сопротивления.

 

Таблица 1.1 – Результаты измерений параметров элементов

Элемент R1, кОм R2, кОм R3, кОм R4, кОм R5, кОм С, нФ L, мГн
Номинальное значение              
Измеренное значение              

 

5.3.4 Аналогичным способом выполните измерения еще четырех резисторов модульной платы, и занести результаты в таблицу 1.1.

5.3.5 По цветовой маркировке резисторов определите номинальные значения их сопротивлений и внести эти данные в таблицу 1.1 в строку «Номинальное значение».

5.3.6 Измерьте емкость конденсатора, установленного на модульной плате.

Для этого необходимо сделать следующее:

1. Переключите мультиметр в режим измерения емкости, нажав на кнопку с изображением емкостного элемента. ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ на окно схемы подключения мультиметра к конденсатору, где показано, куда необходимо подключить проводники на монтажной плате NI ELVIS.

2. Соберите схему измерения, в соответствии со схемой, показанной на мультиметре и пунктом 5.3.1.

3. Нарисуйте схему измерения в отчет, по аналогии с рисунком 1.5.

4. Выполните измерения емкости конденсатора, по аналогии с пунктом 5.3.2.

5.3.7 Внесите полученные показания в таблицу 1.1 строка «Измеренное значение».

5.3.8 По маркировке конденсатора определите номинальное значение емкости конденсатора и внести это значение в таблицу 1.1 в строку «Номинальное значение».

5.3.9 Измерьте индуктивность катушки индуктивности. Для этого, повторите действия описанные пунктами 5.3.6 – 5.3.8.

5.3.10 По таблице 1.1 сделайте вывод о точности проведения измерения.

5.4 Изучение работы с генератором.

5.4.1 В программе «NI ELVISmx Instrument Launcher» запустите генератор, нажав на кнопку FGEN. Появиться окно генератора, показанное на рисунке 1.7. В случае, когда уже открыто какое-либо окно (например, DMM), необходимо делать двойное нажатие, чтобы открыть дополнительно окно с приложением.

5.4.2 Изучите назначение органов управления функциональным генератором, с помощью рисунка 1.7.

 

Включение колебания с изменяющейся частотой
Выбор шага изменения частоты
Выбор типа модуляции сигнала
Изменение постоянного напряжения

 

Рисунок 1.7 – Назначение органов управления генератора.

 

5.5 Изучение работы с осциллографом.

5.5.1 В программе «NI ELVISmx Instrument Launcher» запустите осциллограф, нажав на кнопку Scope. Появиться окно осциллографа, показанное на рисунке 1.8.

5.5.2 Изучите назначение органов управления осциллографом с помощью рисунка 1.8.

 

 


 

Рисунок 1.8 – Назначение органов управления осциллографа.

 

5.6 Измерение параметров гармонических колебаний.

5.6.1 На лабораторной установке NI ELVIS соберите схему, показанную на рисунке 1.9.

 

Рисунок 1.9 – Схема измерения для определения параметров сигнала

 

Для этого, необходимо соединить проводниками следующие гнезда макетной платы:

1. На левом блоке гнезд «Terminal Strips», обозначенный «Р2», 33 ряд гнезд, подписанный «FGEN», с первым рядом гнезд, подписанный, как «AI 0 +». Тем самым соединяется информационный провод генератора «FGEN» с информационным проводом нулевого канала осциллографа.

2. На этом же блоке гнезд соединить 53 или 49 ряд гнезд, подписанный «GROUND», со вторым рядом гнезд, подписанных как «AI 0 -». Тем самым соединяются общие провода генератора и нулевого канала осциллографа.

В результате на макетной плате должна получиться схема, показанная на рисунке 1.10.

Рисунок 1.10 - Схема измерения для определения параметров сигнала, с помощью лабораторной установки NI ELVIS и осциллографа.

 

В случае если длины проводников будет не достаточно, необходимо будет воспользоваться основным макетным полем (например, шинами «+» и «-»). Для этого необходимо соединить выход функционального генератора «FGEN» с вертикальной шиной «+», а «GROUND» с вертикальной шиной «-». Затем подключить информационный провод нулевого канала осциллографа «AI 0+» с вертикальной шиной «+», а нулевой канал «AI 0-» с вертикальной шиной «-».

5.6.2 На генераторе установите параметры выходного колебания f=20кГц и U=3В.

Для этого, необходимо сделать следующее:

1. Откройте окно генератора, или активизируйте его, если оно открыто.

2. С помощью ручки «Frequency» установите частоту колебания 20 кГц. Для этого наведите курсор мышки на ручку, нажмите на левую кнопку мыши, и, не отпуская ее, начинайте плавно перемещать мышку. При этом ручка будет вращаться, а в окошке «Hz», расположенное под ручкой, будет изменяться значение частоты (рисунок 1.11). Установить частоту можно и по-другому. Для этого, необходимо выделить мышкой значение частоты в окне «Hz» и с клавиатуры ввести необходимое значение.

 

Рисунок 1.11 – Настройка частоты и амплитуды генератора.

 

3. С помощью ручки «Amplitude» установите амплитуду колебания 3В. Принцип установки амплитуды колебания, аналогичен принципу установки частоты. При этом необходимо учитывать, что на генераторе устанавливается не сама амплитуда, а размах сигнала, т. к. около значения амплитуды стоит обозначение «Vpp». Следовательно, что бы получить амплитуду напряжения 3В, необходимо установить на генераторе значение 6В. Внешний вид настроенного генератора показан на рисунке 1.11.

5.6.3 Настройте осциллограф для измерения.

Для этого, необходимо выполнить следующее:

1. Откройте окно осциллографа, или активизируйте его, если оно открыто.

2. В окне «Source», где по умолчанию написано «Scope CH 0» нажмите на стрелочку и выберите «AI 0». Тем самым определяется, что сигнал для канала «CH 0» будет сниматься с гнезд макетной платы «AI 0».

3. Все остальные органы управления остаются без изменений (рисунок 1.12).

 

Рисунок 1.12 – Настройка осциллографа.

 

5.6.4 Определите параметры колебания.

Для этого, необходимо выполнить следующее:

1. Включите генератор, для этого необходимо нажать на кнопку «Run». В результате, в верхней части окна генератора появиться значение частоты колебания (рисунок 1.13).

 

Рисунок 1.13 – Включение генератора.

 

2. Включите осциллограф, аналогично, включению генератора. В результате, в поле экрана осциллографа должен появиться сигнал (рисунок 1.14).

 

Рисунок 1.14 – Включение осциллографа.

 

3. Поворотом ручки «Time/Div» получите синусоиду. Что бы остановить движение синусоиды необходимо нажать кнопку «Stop» (рисунок 1.15).

4. По полученному изображению определите параметры колебания. Частота и размах напряжения показаны под изображением колебания, соответственно параметры «Freg» и «vp-p» (рисунок 1.15). Для определения периода необходимо включить курсор, поставив галочку «Cursors On» в левом нижнем углу экрана осциллографа. При этом, у левой стороны экрана осциллографа появится линия (рисунок 1.16). После этого, необходимо навести курсор мышки на курсор осциллографа, и, нажав левую кнопку мыши, повести курсор в необходимую точку осциллограммы. Желтая надпись «dT», под экраном осциллографа, покажет время относительно начала экрана (рисунок 1.16). Таким образом, отмечая две точки на осциллограмме, путем не сложных вычислений, можно определить период.

5.6.5 Нарисуйте в масштабе осциллограмму и покажите на ней следующие параметры: Т, Up, Um. Напишите показания ручек осциллографа «Tim/Div» и «Volts/Div»

5.6.6 Заполните строчку «Экспериментальные данные» таблицы 1.2.

Рисунок 1.15 – Настройка синусоидального колебания.

 

Рисунок 1.16 – Включение курсора виртуального осциллографа.

 

Таблица 1.2 –Результаты измерения параметров синусоидального колебания

Параметр f, кГц ω, рад/с Т, мкс Um, В U, В Uр, В
Расчетные данные            
Экспериментальные данные            

 

5.7 Определение внутреннего сопротивления генератора.

5.7.1 Измерьте выходное напряжение генератора в режиме холостого хода.

Для этого необходимо выполнить следующее:

1. На монтажном поле соберите схему, показанную на рисунке 1.17. Сопротивление R0 показано пунктирной линией. Это обозначает, что самого сопротивления в схеме нет, оно показывает внутреннее сопротивление генератора, которое в итоге необходимо определить. Поэтому устанавливать резистор при сборки схемы НЕ НАДО!

 
 

 

 


Рисунок 1.17- Схема измерения напряжения холостого хода.

 

2. Нарисуйте в отчет схему измерения с указанием используемых гнезд по аналогии с рисунками 1.5 и 1.10.

3. Настроите генератор на частоту f=5кГц и напряжение U=3В.

4. По показаниям вольтметра определите напряжение на выходе генератора. Результат измерения запишите в отчет.

5.7.2 Измерьте напряжения на нагрузке, подключенной к генератору.

Для этого необходимо сделать следующее:

1. С помощью модульной платы соберите схему, показанную на рисунке 1.18. В качестве R1 возьмите резистор с сопротивлением, примерно 600 Ом. Схема измерения с указанием используемых гнезд показана на рисунке 1.19. Нарисуйте ее в отчет.

Рисунок 1.18 – Схема измерения, для определения сопротивления.

Общий провод
V
Е
R1
BANANA A-38
BANANA A-39

Рисунок 1.19 - Схема измерения для определения сопротивления, с помощью лабораторной установки NI ELVIS II.

 

2. Настройки генератора оставьте такими же, как и при измерении в режиме холостого хода.

3. По показаниям вольтметра определите напряжение на резисторе. Результаты измерения запишите в отчет.

5.7.3 Пользуясь формулой выведенной в расчетной части (пункт 4.5.1) рассчитайте внутреннее сопротивление генератора.

 

Содержание отчета

6.1 Название и цель работы.

6.2 Перечень оборудования.

6.3 Расчетная часть в соответствии с пунктом 4.5.

6.4 Ответы на вопросы по допуску к работе.

6.5 Схемы измерения в соответствии с пунктами 5.3, 5.6, 5.7.

6.6 Заполненные таблицы 1.1, 1.2.

6.7 Осциллограмма в соответствии с пунктом 5.6.

6.8 Расчеты параметров гармонического сигнала по осциллограмме, в соответствии с пунктом 5.6

6.9 Расчет внутреннего сопротивления генератора, в соответствии с пунктом 5.7.

6.10 Вывод по работе.

6.11 Ответы на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

7.1 Как изменится внутренне сопротивление генератора, если сопротивление нагрузки увеличится в два раза? Дайте обоснование своему ответу.

7.2 К каким гнездам монтажного поля необходимо включиться, что бы подключиться к выходу функционального генератора?

7.3 Каким прибором можно определить мгновенные значения напряжения?

7.4 Каким прибором можно померить действующее значение напряжения?

7.5 На экране осциллографа расстояние между минимальным и максимальным значением сигнала 6 клеток. Показания ручек «Time/Div» - 10ms, «Volts/Div» - 2V. Какова амплитуда, период и частота измеряемого сигнала?

7.6 Необходимо на генераторе установить Um=5В, f=10кГц. Какие значения будут установлены на генераторе, и какими органами управления?

7.7 Почему, при выполнении измерения 5.7.1 вольтметр показывает меньше напряжение, чем настроен генератор?

7.8 Поясните общий принцип цветовой маркировки резисторов. Какие еще методы маркировки этих элементов существуют?

7.9. На конденсаторе дана следующая маркировка: 1) – 45n; 2) – 104. Какая емкость у конденсаторов?

7.10 На катушке индуктивности написана маркировка: 268. Какая индуктивность у катушки?

 


Приложение







Сейчас читают про: