4. Описание автоматизированной лабораторной измерительной установки

Автоматизированная лабораторная установка служит для проведения лабораторных занятий, выполнения дипломного и курсового проектирования, научно-исследовательской работы студентами. Она позволяет исследовать температурные зависимости основных свойств различных проводниковых материалов.

Лабораторная установка состоит из измерительного блока (ИБ), персонального компьютера (ПК) и набора образцов проводниковых материалов, установленных в термостате. Общий вид установки показан на рис. 6.

Рис. 6. Общий вид установки

Основные технические характеристики установки следующие.

1. Установка предназначена для работы при температурах от +10 до +35 ºС и относительной влажности воздуха до 70 % при 25 ºС.

2. Диапазон изменения сопротивления образцов: 90–150 Ом.

3. Максимальная температура нагревательной камеры: не менее 80 ºС.

Управление измерительным блоком осуществляется оператором ПК с помощью специального программного обеспечения (ПО). Программное обеспечение позволяет производить расчет сопротивления R, удельного сопротивления  и температурного коэффициента удельного сопротивления ТК 4-х образцов, построение зависимостей  и ТК от состава в сплавах, отображает также информацию в виде таблиц и графиков.

Принцип измерения R основан на преобразовании падения напряжения U на исследуемом образце при протекании через него постоянного тока в длительность импульса путем двойного интегрирования.

Измерительный блок состоит из источника тока, коммутатора образцов, преобразователя Ut (интегратор, электронные ключи, компаратор), блока питания и схемы управления нагревателем. Структурная схема измерений представлена на рис. 7.

Рис. 7. Структурная схема

Включение исследуемого образца в измерительную цепь осуществляется компаратором образцов. Источник тока задает постоянный ток I через образец. Падение напряжения на образце U = IR. Далее преобразователь Ut формирует импульс, длительность которого определяется сопротивлением исследуемого образца: R = A X + B, где A, B – константы, вычисляемые при калибровке прибора; X – кодовое значение длительности импульса на выходе компаратора.

Рис. 8. Вид измерительного блока

1 – тумблер «Сеть»; 2 – индикатор включения питания; 3 – индикатор включения нагрева термостата.

Образцы и нагреватель расположены в термокамере. С помощью схемы управления задается необходимый режим нагрева. Нагрев осуществляется в импульсном режиме с интервалом 1–2 с.

В ПК поступает информация о сопротивлениях всех 4-х образцов. Значение температуры определяется по сопротивлению медного образца. Коррекция погрешности осуществляется путем измерения сопротивления образцового резистора в каждом цикле измерений (осуществляется автоматически).

Внешний вид измерительного блока представлен на рис. 8.

4.1. Работа с программным обеспечением

Компьютер связывается с измерительным стендом только при проведении измерений. В остальных случаях работа ведется только с результатами измерений.

Программное обеспечение представляет собой интегрированную среду, в которой можно управлять процессами измерения, представления данных и их выводом на печать для отчета. Главное окно приложения имеет полосу меню, панель управления с кнопками и открытое дочернее окно, представляющее информацию о проведенных измерениях. Описание команд меню приведено в табл. 4. Это окно требуется всегда.

Таблица 4

Описание команд

Пункт меню	Подменю	Действие
Измерение		Вызывает появление на экране окна характериографа, в котором отображаются график результатов текущих измерений
Печать		Передает в буфер отчета содержимое текущего окна с результатами измерений из базы данных и выводит на печать
Буфер обмена	График в карман	Помещает в буфер обмена график результатов измерений
	Таблица в карман	Помещает в буфер обмена таблицу результатов измерений
Опции	Образец	Вызывает окно параметров образца
	Температура	Вызывает окно параметров термостата
	Тест аппаратуры	Вызывает окно проверки аппаратной части
Помощь	О программе	Вызывает окно с информацией о разработчике программы
	Содержание	Открывает электронную справочную систему программы

Наиболее удобно начинать работу с пункта меню «Опции», чтобы проверить правильность установленных параметров. Параметры образца (наименование и размеры) задаются в диалоговых окнах «Образец 1» – «Образец 4», рис. 9.

Рис. 9. Окно параметров образца

В окне параметров термостата, рис. 10, устанавливается конечная температура и шаг измерений. Шаг измерений не может быть меньше 1. Параметр «Поправка» позволяет ввести поправку начальной температуры термометра.

Рис. 10. Окно параметров термостата

Команда «Тест аппаратуры» предназначена для проверки работоспособности измерительного блока. В окне сообщения, рис. 11, выводятся результаты измерения температуры и сопротивления образцов.

Рис. 11. Окно «Тест аппаратуры»

Окно «База данных», рис. 12, содержит таблицу записей результатов измерений и панель навигатора с кнопками.

Рис. 12. Окно «База данных»

1 – к первой записи; 2 – к предыдущей записи; 3 – к следующей записи; 4 – к последней записи; 5 – удаление текущей записи; 6 – результаты измерений в текущей записи.

В панели навигатора находятся следующие кнопки:

Переключение на первую запись в таблице

Переключение на предыдущую запись в таблице

Переключение на следующую запись в таблице

Переключение на последнюю запись в таблице

Удаление текущей записи

Открывает окно результатов измерений, соответствующих текущей записи.

В режиме «Измерение» происходит измерение сопротивления установленных образцов. В окне «Измерение» в это время выполняется построение измеряемых температурных характеристик сопротивления исследуемых образцов. Все измерения проводятся в автоматическом режиме.

После проведения измерений результаты запишутся в базу данных, т.е. в таблице появится новая запись. Чтобы просмотреть полученные данные, следует нажать кнопку «результаты измерений» (см. рис. 12). При этом откроется окно, показанное на рис. 13. В меню этого окна имеются закладки, переключение которых позволяет представить данные в различной форме, например, зависимость (x) от процентного состава компонентов, рис. 14.

Рис. 13. Окно просмотра результатов измерений R(T)

Рис. 14. Окно просмотра результатов измерений (x)

При просмотре результатов измерений можно изменить масштаб и представить данные в наиболее удобном виде.