Частина 1. Вимірювання електричних величин у електронних системах.

Електричні вимірювання супроводжують електронні системи на більшості етапів їх створення та існування. Потреба у вимірюванні електричних величин виникає вже під час їх виготовлення. Вимірюванням електричних величин супроводжуються електронні системи під час їх монтажу та запуску в експлуатацію. І навіть під час експлуатації вимірюються електричні величини в разі виконання регламентних, ремонтних та інших робіт.

Що означає слово «вимірювання»? Затверджені державними органами нормативні документи містять таке визначення: «вимірювання – відображення фізичних величин їх значеннями шляхом експерименту та обчислень за допомогою спеціальних технічних засобів».

З’ясуємо, що таке «фізична величина» та що таке «значення величини». Ті самі нормативні документи пояснюють: фізична величина – властивість, спільна в якісному відношенні у багатьох матеріальних об'єктів та індивідуальна в кількісному відношенні у кожного з них. Наприклад, майже всі матеріальні об’єкти мають масу, але в кожного вона своя. Отже маса – фізична величина.

Значення фізичної величини – відображення фізичної величини у вигляді числового значення з позначенням її одиниці. Наприклад, маса 10 г, температура 30⁰С, довжина 1,5 м тощо.

Можна сказати, що вимірювання виконується для того, щоб надати людині інформацію про фізичну величину у вигляді іменованого числа.

Під час роботи з електронними системами вимірюються електричні величини – напруга, струм, опір тощо. Прилади, призначені для вимірювання таких фізичних величин , звуться електровимірювальними.

Електровимірювальні прилади, в яких результат вимірювання подається за допомогою шкали та вказівника, звуться аналоговими. Прилади, в яких результат вимірювання подається у вигляді цифр чи символів, звуться цифровими. Існують також прилади для візуального спостереження або фотографування електричних сигналів. Вони звуться осцилографами.

Перша частина лабораторного циклу призначена для вивчення студентами електровимірювальних приладів та набуття навичок практичного користування ними.

Лабораторні роботи першої частини виконуються за допомогою стенду УДЛС 1.

Стенд УДЛС-1 включає в себе пульт, набір елементів, з’єднувальні проводи, спеціальний лабораторний стіл і декілька спеціальних вимірювальних приладів.

Пульт складається з джерела енергії, електронного ключа, набірного поля, пасивних елементів, що регулюються та не регулюються.

Джерело напруги – три активних з’ємних блоки, що розташовані в лівій частині пульту (рис. 1) і знаходяться один під одним.

Блок постійної напруги вмикається тумблером 1 (при цьому загорається сигнальна лампа 2). Джерело постійної стабілізованої напруги 5, що не регулюється, має на виході 20 В, максимальний струм навантаження 1 А. Джерело напруги 6, що регулюється (з допомогою ручки 7), має на виході 2…30 В; струм навантаження – 1 А. Обидва джерела оснащені електронною схемою захисту від короткого замикання і перенавантажень. Після спрацювання захисту запалюється сигнальна лампа 3 або 9. Для приведення блоку живлення в робочий стан необхідно позбавитися причини перенавантаження і натиснути кнопку 4 або 8.

Електронний ключ використовується при аналізі перехідних процесів.

Блок змінної однофазної напруги дозволяє з допомогою регулятора 14 змінювати напругу на виходах 16 від 5 до 25 В при струмі до 1 А. Плавна і ступінчата зміна частоти від 0,1 до 8,0 кГц проводиться ручками 12, 13. На лицьовій панелі розташовані тумблер, сигнальні лампи живлення і захисту 10, кнопка 15, перемикач вибору форми кривої напруги 11.

Блок трифазної напруги частоти 50 Гц розташований під блоком змінної однофазної напруги і являє собою трифазне джерело живлення з незалежними фазами, напруга якого регулюється ступінчато від 0 до 40 В через 1 В. Допустимий струм в блоці – до 1 А. Живлення на блок подається і контролюється відповідно тумблером 18 і лампою 17. Напруга на вихід фази А 21 подається тумблером 24 і контролюється лампою 25. Напруга фази А регулюється перемикачами 20 і 23. Вмикання блоку після спрацювання захисту і контроль за його роботою проводиться кнопкою 19 і лампою 22. Аналогічно здійснюється управління фазами В і С. Зірочками відмічені початки фаз.

Рис. 1

Набірне поле (рис. 2), розташоване в центрі пульту, являє собою панель з 67 парами гнізд, призначеними для підключення елементів досліджуваних ланцюгів. Набірні елементи виконані в вигляді прозорих пластмасових коробок, всередині яких впаяні стандартні елементи. При необхідності елементи можуть бути замінені іншими.

В комплект стенду входять 29 набірних елементи, з’єднувальні шнури для підключення до набірного поля джерел живлення і пасивних елементів, що регулюються, а також перемички. Гнізда набірного поля з’єднанні між собою електрично, утворюючи вузли (гнізда 4–7). Конструкція набірного поля дозволяє швидко зібрати електричний ланцюг, використовуючи задані елементи і з’єднувальні перемички.

Рис. 2

З правого боку від набірного поля в трьох з’ємних блоках знаходяться пасивні елементи, що регулюються (рис. 3).

Рис. 3

Блок змінного опору складається з трьох резисторів R₁, R₂, R₃, що не регулюються, і схеми змінного опору R₄, що дозволяє отримати на виході R₄ опір 1…999 Ом зі ступенями регулювання 1, 10 і 100 Ом.

До виходу R₁ підключений резистор з опором 100 Ом, до виходу R₂ – 200 Ом, до виходу R₃ – 400 Ом. Потужність кожного з резисторів складає 10 Вт.

Блок змінної ємності складається з трьох конденсаторів С₁, С₂, С₃, що не регулюються, і схеми змінної ємності С₄, що дозволяє отримати на виході С₄ зміну ємності від 0,01 до 9,99 мкФ зі ступенем регулювання 0,01 мкФ. До виходів С₁, С₂, С₃ підключені конденсатори відповідно 5, 10 і 20 мкФ.

Блок змінної індуктивності складається з трьох котушок індуктивності L₁, L₂, L₃, що не регулюються, і схеми змінної індуктивності L₄, що дозволяє отримати на виході L₄ індуктивність 0,1…9,99 Гн зі ступенем регулювання 0,1 Гн при допустимому струмі до 0,2 А. Котушки, підключені до виходів L₁, L₂, L₃, мають індуктивність 0,5, 1,0 і 2,0 Гн і допустимий струм до 1 А.

Елементи R₁, R₂, R₃; С₁, С₂, С₃; L₁, L₂, L₃ можна використовувати для збірки низькочастотних ланцюгів, наприклад, трифазних.

Для вимірювання струму вимірювальні кінці приладу вмикаються в гнізда послідовно з елементом R_Н, в ланцюзі якого потрібно виконати вимірювання (рис. 4,а).

Для вимірювання напруги вимірювальні кінці підключають паралельно елементу (рис. 4,б).

Рис. 4