3. Описание лабораторного стенда

Лабораторный стенд представляет собой LabVIEW компьютерную модель, рас­полагающуюся на рабочем столе персонального компьютера.

На стенде (рис. 4.5.4) находятся модель вибростенда с укрепленными на нем исследуемым и образцовым пьезоэлектрическими преобразователями (пьезодат-чиками), модели акселерометра, электронного милливольтмера, лабораторного стенда и генератора сигналов.

Модели средств измерений (см. приложение 1) при выполнении работы ис­пользуются для решения следующих задач.

Модель вибростенда обеспечивает имитацию механических синусоидальных колебаний с частотой, равной частоте подаваемого сигнала, и амплитудой, кото­рую можно регулировать, изменяя напряжение питания.

Модель акселерометра совместно с образцовым пьезодатчиком является об­разцовым средством измерений.

Модель электронного милливольтметра служит для измерения переменного напряжения на выходе исследуемого пьезодатчика.

Лабораторный стенд служит для выбора дополнительной нагрузки, подклю­чаемой к выходу исследуемого пьезодатчика. Возможны три варианта:

• дополнительная нагрузка отключена (состояние «С_доп и Н_доп откл.»);

• подключена дополнительная активная нагрузка R_доп;

• подключена дополнительная емкостная' нагрузка С_доп

Модель генератора сигналов служит для питания вибростенда гармоническим напряжением необходимой частоты и амплитуды.

Рис. 4.5.4. Модель лабораторного стенда

на рабочем столе лабораторной работы 4.5

(1 - вибростенд с установленными образцовым и исследуемым

пьезоэлектрическими датчиками, 2 - акселерометр, 3 - электронный

милливольтметр, 4 -лабораторный макет, 5 - генератор сигналов)

Схема соединений приборов при выполнении работы приведена на рис. 4.5.5. гератор сигналов ГС подключен к входу питания вибростенда ВС. Образцовый пьезодатчик ПДО подключен к акселерометру А. Исследуемый пьезодатчик ПДИ подключён к лабораторному макету ЛМ и входу милливольтметра MB. Прерывистая линия на схеме показывает механические связи.

Рис. 4.5.5. Схема соединений приборов при выполнении работы 4.5

4. Рабочее задание

4.1. Изучите описание работы и рекомендованную литературу. Продумайте свои действия за компьютером.

4.2.Запустите программу лабораторного практикума и выберите лабораторную работу 4.5 «Пьэзолектрические измерительные преобразователи». На рабочем столе компьютера автоматически появится модель лабораторного стенда с моделями средств измерений и вспомогательных устройств (рис. 4.5.4) и окно, созданного в среде MS Excel лабораторного журнала, который служит для формирования отчёта по результатам выполнения выполнения лабораторной работы.

4.3. Ознакомьтесь с расположением моделей отдельных средств измерений и других устройств на рабочем столе.

4.4. Ознакомьтесь с устройством и порядком работы с моделями по приложению 1 Практикума и описанию данной работы. Включите модели акселерометра и милливольтметра и опробуйте органы их управления. Затем включите генератор сигналов и понаблюдайте, как при изменении уровня его выходного напряжения меняется амплитуда колебаний вибростенда, показания акселерометра и милливольтметра.

4.5. Приготовьте к работе проверенный на отсутствие вирусов собильный носитель информации и подключите его к компьютеру.

4.6. Установите органы управления моделей средств измерений и генератора сигналов на начальные отметки.

4.7 Приступите к выполнению работы.

Задание 1. Определение амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) пьезодатчика ускорений при

а. Установите по указанию преподавателя значение ускорения (например, γ=4g). Для этого переключателем установите нужный предел измерений акселерометра и регулятором выходного напряжения генератора сигналов установите стрелку на нужную отметку шкалы акселерометра. В процессе выполнения данного задания ускорение и, следовательно, показания акселерометра должны оставаться постоянными.

b. Установите состояние лабораторного макета « подкл.» ( ). (данное значения ёмкости и сопротивления соответствуют состоянию макета откл., но в программе допущена ошибка, поэтому устанавливаем покл.)

с. Последовательно устанавливайте различные значения частоты питающего вибростенда напряжения и снимайте показания милливольтметра, занося их в соответствующие ячейки таблицы 4.5.1. Для этого пользуйтесь ручкой изменения частоты и переключателем множителя генератора сигналов. Диапазон изменения частоты – 0,1-3000 Гц, общее число значений – 25-30. При малых частотах шаг нужно делать также малым и увеличивать его по мере роста частоты (см. значения частоты в столбце А табл. 4.5.1. на листе «АЧХ» лабораторного журнала).

При определении АЧХ следите за тем, чтобы переключатель пределов измере­ний милливольтметра стоял в том положении, которое бы обеспечивало макси­мальную точность измерений.

d. Установите состояние лабораторного макета и повторите «С_доп откл., R_доп подкл.» (С_доп = 0, = 1 МОм) п. с.

e. Установите состояние лабораторного макета«С_доп подкл., откл.» ( ) и повторите п. с.

Задание 2. Определение функции преобразования U = Ψ(g) пьезодатчика переменных ускорений npu f= const

а. Установите по указанию преподавателя значение частоты питающего вибро­стенда напряжения (например, f = 1000 Гц). Для этого воспользуйтесь ручкой из­менения частоты и переключателем множителя генератора сигналов. В процессе выполнения данного задания частота, установленная на генераторе сигналов, должна оставаться постоянной.

Ь. Установите состояние лабораторного макета « подкл.».

Последовательно устанавливайте различные значения ускорения в диапазоне от 0 до 19g с шагом, равным g. Используйте ручку регулировки выходного напря­жения генератора сигналов. Значение ускорения определяйте по шкале акселе­рометра. При каждом значении ускорения снимайте показания милливольтметра и заносите их в соответствующую ячейку табл. 4.5.2. Следите за тем, чтобы пере­ключатели пределов измерений акселерометра и милливольтметра стояли в тех положениях, которые бы обеспечивали максимальную точность соответственно установки ускорений и измерений выходного измерения исследуемого датчика.

Задание 3. Обработка экспериментальных данных

а. Используя средства Excel, постройте по данным первого задания все три кри­вые АЧХ на одном графике. По оси частот должен быть выбран логариф­мический масштаб. Отметьте на этом графике нижние граничные частоты для каждой кривой, приняв допустимое значение частотной погрешности

,

где U_H - напряжение при частоте, равной 1000 Гц.

b. Изучите построенные АЧХ и сделайте выводы.

c. Постройте график функции преобразования U = Ψ(g) исследуемого пьезо­- датчика. Определите его чувствительность.

d. На частоте, указанной преподавателем, по формуле (4.5.9) проведите расчет значений выходных напряжений для всех трех случаев дополнительных нагру­- зок. В расчетах используйте следующие значения (см. рис. 4.5.2а):

С = 400 пФ;

100пФ;

= 500пФ;

R||R₁||R₂= 100 МОм;

=1 МОм.

е. Сформулируйте и запишите в отчет выводы о проделанной работе.

4.8. Сохраните результаты.

4.9. После сохранения результатов закройте приложение Lab VIEW и, при не­обходимости, выключите компьютер.

Таблица 4.5.1. Амплитудно-частотная характеристика пьезодатчика переменных ускорений

Частота, Гц	Ускорение γ=const=_____ g
	подкл.	Сдоп откл., подкл.	Сдоп подкл., откл.
0,1
0,3
0,5
0,7
1
1,2
1,5
2
3
5
8
10
15
20
40
70
100
250
400
700
1000
1300
1800
2000
2500
3000

Таблица 4.5.2. Функция преобразования и чувствительность пьезодатчика переменных ускорений

Частота f = const = 1000 Гц
Ускорение, g	Напряжение на выходе датчика, мВ
0
1
5
9
13
17
19 Чувствительность, мВ/д