Порядок выполнения работы. 2.4.5.1 После собеседования с преподавателем по теоретической части работы и
2.4.5.1 После собеседования с преподавателем по теоретической части работы и окончательной корректировки методики проведения экспериментального исследования и списка необходимого оборудования и аппаратуры, получите это оборудование и аппаратуру у преподавателя. Составьте окончательный вариант функциональной схемы экспериментальной установки и напишите цепочку всех происходящих преобразований.
2.4.5.2 Ознакомьтесь с инструкциями или правилами работы с этим оборудованием и аппаратурой. Занесите в таблицу2.4.1 основные параметры используемого оборудования и аппаратуры.
2.4.5.3 В соответствии с утвержденной преподавателем методикой проведения эксперимента (п.10 раздела 2.4.4) соберите схему. Правильность сборки схемы должен проверить преподаватель.
2.4.5.4 По утвержденной методике (п.10 раздела 2.4.4)проведите экспериментальное исследование функций преобразования терморезистивного и термоэлектрического преобразователей, разделив исследуемый диапазон входной величины (температуры) на 10 равных интервалов. Функции преобразования следует снять сначала при нагревании, а затем при охлаждении (прямой и обратный ход). Результаты измерений занесите в таблицу 2.4.2.
На тот же рисунок, где построены теоретические функции преобразования, нанесите точки, соответствующие результатам эксперимента.
2.4.5.5 Исследуйте временные (переходные) характеристики термоэлектрического и терморезистивного преобразователей, для чего поместите их в термостат с постоянной, заданной температурой и запишите значения исследуемых параметров преобразователей через равные промежутки времени до установившегося значения параметра. Время, между двумя соседними измерениями для каждого преобразователя подберите экспериментально, проводя предварительно пробное исследование. Затем повторите эксперимент для процесса охлаждения преобразователей, вынув их из термостата и охлаждая до установившегося значения параметра. Результаты измерений занесите в таблицы 2.4.3 и 2.4.4.
2.4.5.6 Проверьте правильность результатов эксперимента у преподавателя, после чего размонтируйте экспериментальную установку и сдайте оборудование преподавателю.
2.4.5.7 Подпишите у преподавателя таблицы 2.4.3 и 2.4.4 с результатами эксперимента и рассчитайте коэффициенты для уравнения аппроксимации функции преобразования на ЭВМ.
2.4.5.8 По полученным результатам расчета выберите тип аппроксимирующего уравнения и постройте графики экспериментальных функций преобразований.
2.4.5.9 Рассчитайте параметры преобразователей по экспериментальным функциям преобразования в соответствии с п7. раздела 2.4.4, результаты расчетов занесите в таблицу 2.4.5 Туда же занесите значения параметров, рассчитанных по теоретическим функциям преобразования.
2.4.5.10 Сравните параметры преобразователей, найденные по теоретическим и экспериментальным функциям преобразования. Объясните причины расхождения значений этих параметров.
2.4.5.11 По результатам эксперимента постройте временные (переходные) характеристики термоэлектрического и терморезистивного преобразователей при их нагревании и охлаждении.
2.4.5.12 Рассчитайте значения постоянных времени исследуемых преобразователей (для процессов их нагревания и охлаждения), объясните причины расхождений полученных значений.
Содержание отчета
Отчет оформляется в соответствии с п.1.4 общих указаний к выполнению лабораторных работ.
Отчет должен содержать ответы на вопросы для самоконтроля , а также все необходимые таблицы и рисунки, выводы о причинах расхождения параметров преобразователей, рассчитанных по теоретической и экспериментальной функциям преобразования, и возможных областях применения исследуемых эффектов.
Таблица 2.4.1 - Технические характеристики используемого оборудования
| Название прибора | Тип, Марка | Измеряемая (изменяемая или генерируемая величина) ед. изм. | Диапазон измерения (изменения) величин, ед. изм. | Напряжение питания | Класс точности (погрешность) | Прочие характеристики |
Форма таблиц с результатами измерений может быть следующей:
Таблица 2.4.2 - Результаты исследования функций преобразования
1. Напряжение питания печи U = ,В 2. Комнатная температура  = ,С | ||||
| Температура в печи , 0С | ЭДС термоэлектрического преобразователя, мВ | Сопротивление терморезистивного преобразователя, Ом | ||
| при нагревании | при охлаждении | при нагревании | при охлаждении | |
| 1. 2. ... |
Таблица 2.4.3 - Результаты исследования переходной характеристики терморезистивного преобразователя при его нагревании и охлаждении
Температура в термостате  = , 0С Температура в комнате  = ,0 С | |||||||
| Время *, с | . . . | ||||||
| Сопротивление терморезистивного преобразователя | При нагревании | ||||||
| При охлаждении | |||||||
| * Время между двумя соседними измерениями подберите экспериментально, проведя предварительное пробное исследование |
Таблица 24.4 - Результаты исследования переходной характеристики термоэлектрического преобразователя при его нагревании и охлаждении
| Температура в термостате = ,0С Температура в комнате = ,0 С | |||||||
| Время *, с | . . . | ||||||
| ЭДС термоэлектрического преобразователя, мВ | При нагревании | ||||||
| При охлаждении | |||||||
| * Время между двумя соседними измерениями подберите экспериментально, проведя предварительное пробное исследование |
Таблица 24.5 - Расчетные и экспериментальные параметры преобразователей
| Вид | Коэффициент | Чувствительность. | Нелинейность | Постоянная | |||||
| преобра- | преобразования | S, ед.изм | Функции прео- | времени | |||||
| зователя | К, ед.изм. | абсолют. | относит. | бразования g,% | t, с | ||||
| теор. | экспер. | теор. | экспер | теор. | экспер | теор. | Экспер. | ||
| термоэлект-рический | |||||||||
| терморезис-тивный |
2.5 Лабораторная работа № 5
Исследование явления электромагнитной индукции и возможность использования его в преобразователях.
Цель работы
Исследование явления электромагнитной индукции с целью закрепления знаний, полученных в этой области на лекциях, и расширения их, а также приобретение навыков проведения экспериментальных исследований.
Содержание работы
Экспериментальное исследование явления электромагнитной индукции при использовании этого явления в преобразователях, функции преобразования и частотной характеристики индукционного преобразователя. Обработка результатов исследований с целью определения свойств преобразователя, его параметров и характеристик.
Подготовка к работе
Самостоятельная подготовка студентов к работе осуществляется по следующим разделам:
- изучение теории электромагнитной индукции, принципов построения индукционных преобразователей различных физических величин;
- подготовка математического аппарата для проведения эксперимента и обработки данных;
- составление плана исследований и знакомство с необходимой литературой, аппаратурой и оборудованием.
Литература: /1/ - с.32-42, с.200-211, /2/ - с.197-204,/3/ - с.317-319, конспект лекций.
Вопросы для самопроверки
2.5.4.1 Объясните, в чем заключается явление электромагнитной индукции.
2.5.4.2 Составьте перечень физических величин, преобразование которых возможно осуществить с помощью явления электромагнитной индукции. Напишите уравнения функций преобразования индукционных преобразователей для перечисленных физических величин.
2.5.4.3 Укажите, какого типа преобразования (генераторные или параметрические) можно осуществить, используя явление электромагнитной индукции.
2.5.4.4 Нарисуйте схему конструкции индукционного преобразователя, используемого для измерения вибраций, и объясните принцип его действия.
2.5.4.5 Нарисуйте эквивалентную схему (электрическую схему замещения) индукционного преобразователя вибраций.
2.5.4.6 Объясните, что называют частотной характеристикой преобразователя, как определить по частотной характеристике граничные частоты преобразователя и его постоянную времени.
2.5.4.7 Для приведенной эквивалентной схемы индукционного преобразователя нарисуйте вид частотной характеристики (АЧХ).
2.5.4.8 Напишите формулу для расчета постоянной времени преобразователя, эквивалентная схема которого соответствует схеме, приведенной в п.2.5.4.5.
2.5.4.9 Напишите уравнение функции преобразования индукционного преобразователя вибраций, катушка которого совершает колебательное движение. Напишите уравнение колебательного движения катушки преобразователя, а также уравнение изменения линейной скорости при этих колебаниях.
2.5.4.10 Напишите выражения для определения коэффициента преобразования индукционного преобразователя амплитуды вибраций.
2.5.4.11 Напишите выражения для определения коэффициента преобразования, чувствительности и нелинейности функции преобразования по известной функции преобразования.
2.5.4.12 Объясните, в чем заключается метод наименьших квадратов, применяемый для аппроксимации функциональных зависимостей. Напишите формулы для определения коэффициентов, входящих в уравнения первого и второго порядка, используемые для аппроксимации рассматриваемой функции преобразования, по методу наименьших квадратов.
2.5.4.13 Составьте методику экспериментального определения функции преобразования, зависимости ЭДС от амплитуды колебаний катушки и частотно характеристики индукционного преобразователя при колебательном движении его катушки, полагая колебания чисто гармоническими. Составьте функциональную схему экспериментальной установки и перечень необходимого оборудования и приборов для проведения порученного исследования.