2.3. Запитання для самоперевірки.

1. Які Вам відомі осцилографи, їх конструктивні особливості та призначення?

2. Що таке розгортка осцилографа?

3. Визначте основні органи керування осцилографом С8-17.

4. Назвіть порядок проходження та перетворення сигналу від джерела до реєструючого пристрою.

Лабораторна робота № 3

Вивчення засобів проведення експериментів з динаміки середовищ

3.1. Мета роботи: Набуття знань та навичок володіння технікою експериментальних робіт. Основними вузлами, з яких будуються лабораторні дослідження динаміки гірських порід та інших матеріалів (середовищ), є вимірювальні перетворювачі, осцилограф, підсилююча апаратура, джерело струму конденсаторного типу для генерування електрогідравлічного розряду, що імітує вибух миттєвим спалюванням високоомного провідника (константанового, ніхромового, манганінового), калібрувальний стенд.

3.2. Підготовка до роботи осцилографа С8-17. До включення приладу з'єднати клему ○ з шиною захисного заземлення. Ручки освітності променів 1 і 2 поставити в крайнє проти годинникової стрілки положення. Резистори фокусування променів ○ поставити в середнє положення.

Перемикачі V/дел поставити в положення 0,1. Резистори   «зміщення променів» по вертикалі та горизонталі поставити в середнє положення. Перемикач «час/поділка» переключити на 0,2 мс. Перемикач калібратора ставиться в положення прямокутного імпульсу.

Одночасно натиснути на кнопки Z Авт.

Перемикачі «запуск розгортки та включення шкали У2, У1 - в положення У2.

Резистори «підстроювання» та «світність шкали » - в крайнє проти годинникової стрілки положення.

Підключити вилку сітьового шнура до розетки з струмом.

Включити тумблер «мережа», при цьому запалюється індикаторна лампочка коло тумблера «мережа».

Осцилограф готовий до вимірювань.

3.3. П'єзоелектричні перетворювачі. В якості п'єзоелектричних перетворювачів застосовуються датчики напружень, в яких п'єзоелемент виконано з кварцу, турмаліну чи п'єзокераміки [7], а також високочастотні акселерометри з п'єзоелементом з кераміки або кварцу, перевагою яких є малі габарити, простота конструкції, надійність в роботі, слабка чутливість до магнітних та електричних полів, можливість вимірювання швидкопротікаючих процесів, висока точність перетворення механічних напружень в електричний заряд. Турмалін застосовується в датчиках для вимірювання гідростатичного тиску, оскільки він має лише одну п'єзочутливу площину.

П'єзокераміка порівняно з турмаліном та кварцем має більший п'єзомодуль, механічно міцна, може бути виготовлена будь-якої форми та розмірів. Її недоліки - зміна п'єзомодуля при коливаннях температури та чутливість до бічних впливів. Для захисту датчика від сторонніх впливів заливається кристал у два шари. Нижній шар - епоксидний компаунд, верхній - електропровідний компаунд з наповненням із феромагнітного порошкового матеріалу. Корпус датчика виготовляється із дюралюмінію (рис.3.1).

3.4. Акселерометри призначені для вимірювання вібраційних та ударних прискорень в широкому діапазоні частот.

Принцип дії акселерометра базується на використанні явища п'єзоефекту. При дії вібрації п'єзоелементи акселерометра деформуються під дією інерційної сили, пропорційної діючому прискоренню, а на обкладках п'єзоелементів з'являється знакоперемінний заряд; на виході з акселерометра виникає змінна напруга, пропорційна вимірюваному прискоренню (рис. 3.2).

3.5. Градуювання датчиків. Градуювання здійснюється квазістатичним способом за допомогою градуювального стенда та запам'ятовуючого осцилографа С8-17.

Органи керування осцилографа необхідно поставити в такі положення:

1. Перемикач [час/поділка] - в положення 200 мс/поділка;

2. Вхід підсилювача У1 – відкритий ≌;

3. Перемикач V/под. - в положення 0,2V;

4. Перемикач "запуск розгортки" осцилографа - в положення 1:1;

5. Вхід розгортки - відкритий ≌;

6. Роз'єм запуску розгортки від кнопки включення спіралі підключити до зовнішнього запуску розгортки осцилографа;

7. Ручки яскравості променя поставити в крайнє ліве положення;

8. Включити осцилограф в режим "без запам.";

9. Встановити оптимальну ясність променя та шкали;

10. Промінь поставити в верхнє положення шкали;

11. На вхід узгоджуючого підсилювача підключити датчик напруження, а вихід СУ включити до входу підсилювача вертикального відхилення У1;

12. Коефіцієнт передачі та ділитель СУ =1;

13. Включити СУ та перевірити відхилення променя при натиснені на датчик;

14. Підключити до мережі трансформатор ~220/6 В для включення напруги на спіраль;

15. Включити осцилограф в режим запам'ятовування та натиснути кнопку "готовий";

16. Натискаючи на кнопку включення напруги на спіраль, ручку "рівень" встановити в положення, при якому відбувається запуск розгортки осцилографа;

17. За допомогою жилки до зажиму на плечі стенду підвісити вантаж таким чином, щоб жилка знаходилась у витках спіралі, а датчик встановити на стенд під поршень;

18. На осцилографі кілька разів натиснути на кнопку "стирання" для підготовки мішені до запису, після чого натиснути на кнопку "готовий";

19. Натиснути на кнопку включення напруження на спіраль, жилка перегорає, груз обривається, а на екрані осцилографа з'являється запис імпульса напруження;

20. Включити шкалу та записати параметри (амплітуду) імпульсу в мм;

21. Визначити чутливість датчика за формулою:

, (3.1)

де S_g - чутливість датчика, мВсм²/кг чи мВ/мПа, А - амплітуда сигналу на осцилографі при градуюванні, мм; S₀ - чутливість осцилографа, мм/мв; К_уп -коефіцієнт передачі узгоджуючого підсилювача, D_уп- вхідний сигнал УП; P -напруження, що діє на ІП при градуюванні, визначається розрахунком, кг/см², МПа.

Розрахунок напруження на датчику при градуюванні (рис. 3.3). виконується за формулою

. (3.2)

При l₁ = 9 см ; l₂ = 22 см ; G = 0,18 кг; R = 0,4 см

кг/см².

При G = 0,6 кг Р = 3 кг/см²;

G = 0,3 кг Р = 1,5 кг/см².

Рис. 3.3. Схема стенду для градуювання

Дані вимірювань сигналу на осцилографі та обчислень за наведеною формулою заносяться в табл. 3.1

Таблиця 3.1. Дані вимірювань

Датчик	Чутливість	Переми­кач У1	Переми­кач У2	Чутливість осцил. S0 , мм/мВ	Р, кг/см2	А, мм	При­мітка
УТС-2	635 мВсм2/кг
АВС 017-10	0,8 мВс2/м