Лабораторна робота № 1. Дослідження роботи вимірювального

ЗМІСТ

ЗАГАЛЬНІ МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ………………………4

ВИМОГИ ДО ВИКОНАННЯ І ОФОРМЛЕННЯ ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ……………………………………8

Лабораторна робота № 1. Дослідження роботи вимірювального

перетворювача переміщення…………………...13

Лабораторна робота № 2. Дослідження роботи вимірювального перетворювача нахилу……………………………………………………….26

Лабораторна робота № 3 Підсилення електричних вимірювальних сигналів

в геодезичних системах……………………………39

Лабораторна робота № 4. Вивчення

принципу дії І будови геодезичної радіоелектронної трасопошукової апаратури…………………………………………………..47

Лабораторна робота № 5. Дослідження процесу роботи геодезичного радіоелектронного обладнання для

Пошуку інженерних підземних

комунікацій з поверхні землі на навчальному полігоні………………………………60

ПЕРЕЛІК РЕКОМЕНДОВАНИХ ДЖЕРЕЛ………………82

 

ЗАГАЛЬНІ МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

 

В геодезичній практиці все ширше й ширше застосо­вуються радіоелектронні методи вимірювання. Це потребує від студентів напряму підготовки «Геодезія, картографія та землеустрій» як певних знань фізичних принципів функціону­вання радіоелектронних приладів, так і певних навичок в ро­боті з ними.

Предметом вивчення у дисципліні «Радіоелектроніка» є фізичні принципи функціонування радіоелектронних прис­троїв та електромагнітних методів вимірювань в геодезії.

Завданням вивчення дисципліни «Радіоелектроніка» є надання студентам знань:

- з основних фундаментальних положень радіоелектро­ніки, які визначають функціональні можливості засобів сучас­них геодезичних приладів, приладів дистанційного досліджен­ня довкілля, обчислювальної техніки;

- принципів побудови й використання цих приладів у майбутній професійній діяльності.

Дисципліна «Радіоелектроніка» на базі одержаних знань і умінь дозволяє майбутнім фахівцям вирішувати такі профе­сійні завдання:

- оцінювати можливості використання радіоелектронних методів і засобів під час вирішення професійних задач;

- обґрунтовано обирати радіоелектронні прилади із вра­хуванням вимог до них і умов їх функціонування;

- кваліфіковано використовувати радіоелектронні прила­ди в фахової практичної діяльності;

- опрацьовувати та оцінювати одержану радіоелектрон­ними методами інформацію щодо процесів та об’єктів профе­сійної діяльності.

В результаті вивчення дисципліни студенти повинні знати:

- основні процеси та явища в електромагнітному середо­вищі (полі), які використовують в радіоелектронних прис­троях і під час проведення досліджень радіоелектронними ме­тодами;

- основні закономірності процесів в електромагнітному полі;

- елементи електричних ланцюгів, їх властивості та фун­к­ціональне призначення;

- процеси взаємодії електромагнітних коливань з середо­вищем;

- елементи теорії коливань і теорії сигналів;

- основні функціональні вузли радіоелектронної апарату­ри та принципи їх побудови;

- основні поняття та принципи побудови телекомуніка­ційних систем;

- принципи дії та побудови радіоелектронних геодезич­них приладів;

- техніку безпеки та охорони праці під час використання радіоелектронної апаратури;

вміти:

- визначати можливості радіоелектроніки у вирішенні професійних задач;

- обґрунтувати вимоги до радіоелектронних приладів з професіональної діяльності;

- кваліфіковано використовувати радіоелектронні прила­ди в професійної діяльності;

- безпечно користуватися радіоелектронними приладами.

Вивчення дисципліни «Радіоелектроніка» базується на знаннях студентами матеріалу дисциплін: «Вища математи­ка», «Фізика», «Геодезія», «Інформатика та програмування». Дисципліна є базовою для вивчення дисциплін: «Радіогеодезія і електрооптичні виміри», «Супутникова геодезія», «Фото­грамметрія та дистанційне зондування», «Основи маркшейде­рії», «GPS технології».

Тривалість лабораторних занять згідно з робочим нав­чальним планом - 18 аудиторних годин, наведено в таблиці 1.

Таблиця 1 – Тривалість лабораторних робіт

Номер лабораторної роботи	Кількість год.
Лабораторна робота № 1 Лабораторна робота № 2 Лабораторна робота № 3 Лабораторна робота № 4 Лабораторна робота № 5

 

Лабораторні заняття оцінюють: 2 бали - за виконання лабораторної роботи, 8 – балів перевірка теоричних знань ро­боти, контроль знань проводиться в тестовій формі.

Техніка безпеки під час виконання робіт

 

Виконання лабораторних робіт в лабораторії пов’язано з використанням електричних ланцюгів, що знаходяться під на­пругою, дотик до яких може бути досить небезпечним для життя і здоров’я людини. Тому студенти допускаються до ви­конання лабораторних робіт тільки після інструктажу з тех­ніки безпеки. Інструктаж проводить викладач і під­тверд­жує особистим підписом студент у спеціальному журналі. Студен­ти, які порушують правила техніки безпеки або допус­кають їх порушення щодо інших осіб, до виконання роботи не допуска­ються і під час необхідності проходять до­датковий інструктаж з правил техніки безпеки.

Виконання лабораторних робіт в лабораторії без викла­дача чи лаборанта заборонено.

Увімкнення лабораторних установок проводиться тільки з дозволу викладача.

Заборонено залишати без догляду увімкнені лабора­торні установки, торкатися руками чи неізольованими пред­метами оголених проводів та деталей, які перебувають під на­пругою.

Заборонено перемикати без необхідності перемикачі, клавіші, а також інші ручки налаштувань, регулювань та гра­ниць вимірювання.

Заборонено залишати на робочому місці зайві речі, які не відносяться до проведення лабораторної роботи.

Заборонено зайві розмови, які не відносяться або можуть відволікати від виконання лабораторної роботи.

Забороняється під час використання лазерного далеко­мі­ра наводити його на органи зору.

У випадку виявлення несправності роботи лабораторної установки необхідно негайно зупинити роботу, вимкнути установку і повідомити про це викладача.

Якщо стався нещасний випадок, необхідно негайно:

- зняти напругу з установки шляхом її вимкнення;

- повідомити про це викладача або лаборанта;

- надати першу медичну допомогу постраждалому;

- за необхідності викликати за телефоном 103 швидку допомогу.

Рисунок 1 – Графічне представлення отриманих даних

3) Масштаб повинен бути простим. Краще якщо 1 см на графіку відповідає 1; 2; 4; 5; 10; 20... або 0,1; 0,2; 0,4; 0,5... і т.д. Одиницям вимірювальної величини. В протилежному випадку під час нанесення точок на графік прийдеться прово­дити спеціальні підрахунки.

4) Писати числа у кожної масштабної мітки, якщо числа починають зливатися, не слід (див. вісь ординат на рис. 1,а), але наносити їх слід через рівні проміжки. Крім масштабу на координатних осях необхідно вказати буквами відповідну фі­зичну величину і одиницю її вимірювання, а десятковий множник зручніше віднести до одиниці вимірювання (рис. 2).

 

Неправильно Правильно

а) б)

 

Рисунок 2 – Масштаб координатної сітки для представлення даних

 

5) Експериментальні точки обов'язково наносять на гра­фік. Точки, які відносяться до різних залежностей, позначають різними значками (крапкою, кружечком, хрестиком і т.д.). Якщо залежність має явно нелінійний характер, то з'єднувати точки слід «найкращою» плавною кривою (рис. 3).

6) Для правильної побудови графіка крім експеримен­тальних точок корисно вказати похибку у вигляді горизон­тальних і вертикальних відрізків, які рівні величині абсолют­ної похибки. Наприклад, на рис. 4,а експериментальну залеж­ність можна зобразити прямою, так як вона перетинає всі від­різки похибок на відміну від рис. 4,б.

 

Неправильно Правильно

а) б)

Рисунок 3 – Згладжування даних

 

 

а) б)

 

Рисунок 4 – Побудова графічної залежності за експериментальними даними

Цифрові дані, отримані в лабораторній роботі, заносять в таблиці.

1) Таблиці слід будувати за допомогою лінійки. Кожна таблиця повинна мати заголовок. Заголовок і слово «Таблиця» починають з великої букви.

2) В заголовку таблиці вказують буквене позначення величини і одиниці вимірювання через кому.

3) Ділити заголовки таблиці по діагоналі неприпустимо, також у заголовку не слід писати формули.

4) Писати в таблиці лапки замість цифр і знаків, що повторюються, не допускається.

5) Загальний десятковий множник чисел, що містяться в таблиці, слід винести в заголовок таблиці.

6) Для одиничного значення величини графа не від­водиться. Цю величину можна вказати в примітці до таблиці.

Лабораторна робота № 1

Тривалість: 2 год.

 

Рисунок 1.1 – Застосування електронного вимірювального перетворювача переміщення для постійного геодезичного спостереження за деформацією будівлі

 

Принцип роботи давача Холла. Інтегральні давачі маг­нітного поля в своїй більшості використовують ефект Холла, відкритий американським фізиком Едвіном Холом (E. Hall) в 1879 р. Ефект Холла полягає в наступному. Якщо провідник із струмом поміщений в магнітне поле, то виникає е.р.с., спря­мована перпендикулярно до струму, і до поля. Ефект Холла зображено на рис. 1.2.

По тонкій пластині напівпровідникового матеріалу про­ходить струм . Під час наявності магнітного поля на рухомі носії заряду (електрони) діє сила Лоренца. Ця сила викривляє траєкторію руху електронів, що призводить до перерозподілу об'ємних зарядів у напівпровідниковій пластині. Внаслідок цього на краях пластини, паралельних напрямку протікання струму, виникає е.р.с., звана е.р.с. Холла.

 

Рисунок 1.2 – Ілюстрація ефекту Холла

 

Ця е.р.с. пропор­ційна векторному добутку магнітної індукції на густину струму :

 

, (1.5)

 

де – ширина пластини,

– заряд частинки носія,

– концентрація носіїв заряду. Під час зниження концен­трації носіїв е.р.с. Холла зростає, тому як матеріал для дава­чів Холла переважно використовують такі напівпровід­ники, як кремній, арсенід галію та ін. Для прямокутної плас­тини з однорідними струмом і магнітним полем, спрямова­ними як зображено на рис. 1.2, ця е.р.с. дорівнює:

 

, (1.6)

 

де – постійна Холла,

– напруга, що створюється на струмопровідних виво­дах дача Холла. Для кремнію становить величину порядку 70 , тому, як правило, е.р.с. давача Холла потрібно підсилювати.

Опис лабораторної установки для дослідження робо­ти вимірювального перетворювача переміщення. Будова ла­бораторної установки для дослідження роботи вимірю­валь­ного перетворювача переміщення зображено на рис. 1.2. Ос­новні елементи конструкції (рис. 1.3, а) це Давач Холла 1, який нерухомо закріплений на станині установки 5, співвісно з давачем Холла розміщений постійний магніт 2 (рис. 1.3, б), який закріплений і переміщується на вимірювальному вістрі індикатора переміщення годинникового типу 3. Вертикальне переміщення постійного магніту здійснюється за допомогою механізму переміщення 6.

 

а) б)

а) 1-магнітний давач Холла; 2-постійний магніт;

3-індикатор переміщення;

4-з’єднувальний кабель давача Холла; 5-станина;

6-механізм переміщення;

б) взаємне розміщення нерухомого давача Холла і рухомого постійного магніту

Рисунок 1.3 – Будова лабораторної установки для дослідження роботи вимірювального перетворювача переміщення

Лабораторна установка дозволяє моделювати перемі­щення в діапазоні від 0 до 10 мм, індикатор переміщення годинникового типу 3 фіксує переміщення з роздільною здат­ністю 0,01 мм. Схема електрична принципова електрична ла­бораторної установки зображено на рис. 1.4.

 

 

DA1–давач Холла;

PV1–цифровий вольтметр; БЖ–блок живлення

Рисунок 1.4 – Схема електрична принципова лабораторної установки для дослідження роботи вимірювального перетворювача переміщення

 

Давач Холла (DA1), який використовується в даній ла­бораторній роботі, виробництва компанії Honewell – тип SS49. Давач виконаний у трививодному плоскому корпусі (рис. 1.4, а), володіє лінійною передавальною характеристикою і чут­ливий до напрямку магнітного поля (рис. 1.5, б).

 

 

а) б)

 

а) зовнішній вигляд давача Холла; б) передавальна характеристика давача Холла

 

Рисунок 1.5 – Магніточутливий давач Холла SS49

Порядок виконання роботи

1) Виконати під’єднання вимірювального перетворю­вача переміщення згідно схеми електричної принципової (рис. 1.3).

2) За допомогою механізму переміщення 6 (рис. 1.2) мак­симально наблизити постійний магніт 2 до давача Холла 1 встановивши індикатор переміщення 3 в нульове положення.

3) Подати живлення на вимірювальний перетворювач пе­реміщення.

4) Провести переміщення постійного магніту 2 в діапа­зоні від 0 до 10 мм, знімаючи значення напруги на виході да­вача Холла за допомогою цифрового вольтметра через кож­ні 0,2 мм. Отримані значення занести у табл. 1.1.

Таблиця 1. 1 – Результати зміни вихідної напруги від переміщення для вимірювального перетворювача переміщення

№ Дос-ліду	Перемі-щення H, мм	Напруга U, В	№ Дос-ліду	Перемі-щення H, мм	Напруга U, В
1			26
2			27
..			..
25			50

 

5) На основі отриманих результатів (табл.1.1) побуду­ва­ти графічну залежність вихідної напруги від переміщення для вимірювального перетворювача переміщення (графіч­не зображення передавальної функції.

6) Визначення лінійності/нелінійності. Розрахувати нелі­нійність перетворювача за допомогою рівняння лінійної ре­гресії (1.1-1.4) і використовуючи отриману передавальну функцію вимірювального перетворювача переміщення. Гра­фічно зобразити пряму лінійної регресії на побудованій гра­фічній залежності вихідної напруги від переміщення для вимірювального перетворювача переміщення.

7) На основі отриманої графічної залежності переда­валь­ної функції вимірювального перетворювача переміщення встановити зону значень з діапазону переміщення (від 0 до 10 мм) де досягається максимальна чутливість вимірюваль­но­го перетворювача (максимальний приріст вихідної напруги під час однаковому зростанні вхідної величини ­­– переміщен­ня).

8) Виходячи з отриманих результатів сформулювати вис­новки до лабораторної роботи, щодо дослідження вимірю­вального перетворювача переміщення.

 

запитання до самоконтролю

1.1) Для чого застосовують вимірювальні перетво­рю­вачі?

1.2) На які групи поділяють вимірювальні перетворювачі в залежності від фізичних явищ в чутливих елементах пере­творювачів?

1.3) Які є основні технічні характеристики вимірюваль­них перетворювачів?

1.4) В яких прикладних задачах геодезії використову­ються електронні вимірювальні перетворювачі переміщення?

1.5) Як функціонують вимірювальні перетворювачі пере­міщення побудовані на базі давачів Холла?

1.6) Який принцип дії магніточутливого давача Холла?

1.7) Яка конструкція лабораторної установки для дослід­ження вимірювального перетворювача переміщення?

1.8) Що можна визначити з графічного представлення пе­редавальної функції вимірювального перетворювача?

 

 

Лабораторна робота № 2

Рисунок 2.1 – Високоточний інклінометр Leica Nivel200

 

Інклінометри серії Leica Nivel200 застосовують для кон­тролю стану таких будівельних конструкцій та інженерних споруд, як щогли, пілони, греблі, мости, висотні будівлі, опо­ри ліній електропередачі, тунелі, а також промислового і тех­нологічного обладнання, тобто там, де потрібна високо­точна оперативна інформація про величину нахилу і його напрямку. Основне призначення інклінометра Leica Nivel200 контроль зміни кутового положення в просторі (нахил) дос­ліджуваної конструкції. На рис. 2.2 зображено застосування даних при­ладів в системі геодезичного моніторингу мостів. Інформація від мережі інклінометрів, встановлених на конструкції моста, надходить у комп'ютер, який проводить оброблення отрима­них даних і передає їх для подальшого аналізу. Можлива установка двох мереж інклінометрії: одна орієнтована на ви­мір деформації прольотів (прогин), а інша на вимірювання зсуву (нахил) опор.

 

Рисунок 2.2 – Застосування мережі інклінометрів для геодезичного моніторингу моста

Електролітичні вимірювальні перетворювачі нахилу. На сьогодні найбільш надійними зі всіх вимірювальних пе­ретворювачів нахилу вважаються вимірювальні перетворю­ва­чі електролітичного класу. На рис. 2.3 схематично зобра­жено однокоординатний давач кута нахилу. Електропровідна речо­вина (електроліт) є герметизованою у скляній або кера­мічній порожнині для пропускання електричного струму між спіль­ним, негативним та позитивним електродами. Під час елек­тричного нуля (тобто рівні горизонту) обидва електроди по­рівну занурені у рідину, що зберігає рівень через дію на неї сили тяжіння. Це спричиняє збалансований (рівний) вихідний сигнал між позитивним, негативним і спільним електродами.

 

Рисунок 2.3 – Схематичне зображення електролітичного вимірювального перетворювача нахилу. Коли позитивний і негативний електроди порівну занурені у рідину (електроліт), то давач кута нахилу перебуває в нульовому вихідному положенні

Під час повороту вимірювального перетворювача нав­коло його вимірювальної осі, величина площі зануреної по­верхні буде збільшуватись для одного електрода і одночасно зменшуватись для іншого, створюючи таким чином дисбаланс вихідного сигналу через зміну пари електричних опорів (не­гативний-спільний електрод і позитивний-спільний електрод) (див. рис. 2.4). Цей дисбаланс є прямо пропорційний до кута повороту.

 

Рисунок 2.4 – Вихідний сигнал генерується, коли давач відхилений від нульового положення і занурені частини електродів більше не збалансовані

Вимірювальні перетворювачі нахилу, які зображені на рис. 2.3 і 2.4 є порівняно простої конструкції з відкритою порожниною і мають сумарний діапазон вимірювання приб­лизно ± 70°. Усі типи вимірювальних перетворювачів нахилу, що заповнені рідиною мають обмеження у сумарному діапа­зоні вимірювання, який є меншим ніж ± 90°, бо електроди стають або повністю виведені або майже не занурені рідиною під час наближення до такого кута. Як тільки це відбувається, вимірювальний перетворювач перебуває за межею діа­пазону і зміни у вихідному сигналі спостерігатися не буде. Це обме­ження можна подолати шляхом об’єднання другого вимірю­вального перетворювача кута нахилу, зміщеного на 90° (по осі вимірювання) стосовно до першого. Це за­без­печує весь діапа­зон вимірювання 360°, проте вимагає додат­кового оброб­лення вихідних сигналів з вимірювальних пере­творювачів для відо­браження правильної кутової позиції.

Вимірювання кутів менших ± 15° вимагає значного збільшення радіусу кривизни порожнини в якій міститься рі­дина. Вирівнювання електродів у порожнині також стає кри­тичним. На рис. 2.5 зображено конструкцію вимірю­валь­них перетворювачів для вимірювання малих кутів. Дані перетво­рювачі були розроб­лені спеціально для вимірювання невели­ких кутів у діапазоні від ± 0,25º до ± 12º. Серія RG (зліва) найбільш точна і призначена для застосування у статичних умовах. Серія CG (справа) має спеціально розроблену порож­нину для рідини, що мінімізує ефекти вібрації на нульових відхиленнях. Крім того, зміна профілю внутрішньої порож­нини служить для зменшен­ня чутливості вимірювальних перетворювачів до вібрацій, типової проблеми у вимірюваль­них перетворювачах, що заповнені рідиною.

 

Рисунок 2.5 – Скляні вимірювальні перетворювачі кута нахилу (компанії Spectron, США)

Двоосьове вимірювання кута нахилу вимагає два ком­плекти електродів, розміщених перпендикулярно (ортогональ­но) один до одного. Платформа двоосьового вимірювального перетворювача кута нахилу компанії Spectron складається з циліндричного скляного балона та п’яти шпильок, що віді­грають роль спільного, позитивного та негативного електродів для обох осей (рис. 2.6).

Вимірювальні перетворювачі кута нахилу зазвичай з’єд­нані з схемами оброблення вихідного сигналу як розділю­вач напруги або логометр. До переваг цієї компоновки відно­сять нормалізацію незначних змін напруги збудження і ком­пен­сацію зміни температури навколишнього середовища. Най­більш популярною компоновкою вимірювальної схеми є міст змінного струму Уітстона. Вимірювальний перетворювач мо­же бути використаний як верхній пів-міст з повною на­пру­гою збудження через перетворювач або як нижній пів-міст з опо­рами на кожній половині перетворювача.

Під час нульового положення вимірювальний перетво­рювач нахилу видає сигнал, що рівний 50 % від загального коефіцієнту масштабу (вихідного). Кутовий рух у кожному напрямку зменшує або збільшує це відношення пропорціо­нально. Для двоосьового вимірювання необхідним є дублю­вання схеми оброблення сигналу для другої осі. Конструкція двохосьового вимірювального перетворювача нахилу і вико­ристання даних вимірювальних перетворювачів у інкліно­метрах зображено на рис. 2.7.

Рисунок 2.6 – Типова компоновка конструкції для двоосьового давача кута нахилу

 

Рисунок 2.7 – Зовнішній вигляд і конструкція двохосьових перетворювачів нахилу (зліва) двоосьовий інклінометр Spectrotilt II (справа)

1– вимірювальний перетворювач нахилу; 2–механічний кутомір;

3–кабель живлення; 4–сигнальний кабель; 5–рухома опора;

6–механізм переміщення

Рисунок 2.8 – Будова лабораторної установки для дослідження роботи вимірювального перетворювача нахилу

 

Вимірювальний перетворювач нахилу (рис. 2.9) склада­ється з циліндричної ємності, заповненої на 2/3 електропро­відною рідиною, в яку занурені вимірювальні електроди.

Під час встановлення вимірювального перетворювача на горизонтальні електричні опори (лівий-центральний електрод R1; правий-центральний електрод R2) рівні між собою R =R2.

Схема електрична принципова лабораторної установки зображена на рис. 2.10.

Виходячи з наведеного вище в електролітичних вимірю­вальних перетворювачах переміщення кутове переміщення перетворювача трансформується в зміну електричних опорів між електродами. Дану зміну електричного опору необхідно вимірювати.

 

 

Рисунок 2.9 – Зовнішній вигляд лабораторного одноосьового електролітичного вимірювального перетворювача нахилу

 

R1 і R2 – електричний опір між вимірювальними електродами перетворювача; R3 і R4 – постійні резистори моста;

PV1­–цифровий вольтметр змінного струму

Рисунок 2.10 – Схема електрична принципова лабораторної установки для дослідження роботи вимірювального перетворювача нахилу

Для точного вимірювання електричного опору з висо­кою чут­ливістю використовуються вимірювальні мости постійного і змінного струму. В лабораторній установці, схе­ма електрична принципова якої зображена на рис 2.10 засто­совано для ви­мірювання зміни між електродних опорів елек­тролітичного перетворювача нахилу одинарний вимірюваль­ний міст Уітсо­на змінного струму. Даний міст Уітсона скла­дається з між­електродних опорів R1 і R2 (оскільки перетво­рювач налилу заповнений рідиною з високою провідністю то міжелек­трод­ними ємностями нехтують через їх невелике значення) і висо­коточних постійних резисторів R3 і R4, при чому R3 = R4. Живлення вимірювального моста здійснюється за допомогою звукового генератора, живлення змінним стру­мом необхідне для того, щоб позбутися небажаних ефектів, які пов’язані з поляризацією вимірювальних електродів в рідині під дією постійного струму. Таким чином, R1, R3 і R2, R4 формують подільники напруги. Умовою збалансованості вимірюваль­но­го моста Уітсона, коли напруга між точками 1 і 3 (рис. 2.10) є нульовою, буде:

 

. (2.1)

 

Враховуючи, що R3 = R4 тоді зрівноваження вимірюваль­ного моста досягається під час рівності міжелектродних опо­рів R1 = R2. Така ситуація досягається тоді коли електро­літичний вимірювальний перетворювач нахилу встановлений на горизонт. Коли, вісь вимірювального перетворювача нахи­лу буде не перпендикулярна до горизонту (перетворювач від­хиляється на певний кут) тоді рівновага вимірювального моста Уітсона порушується, змінюються значення міжелек­тродних опорів (), через різне занурення у рідину пра­вого і лівого електродів. Між точками 1 і 3 (вимірювальна діагональ моста) буде виникати напруга відмінна від нуля пропорційна куту нахилу вимірювального перетворювача, яка буде складати:

 

, (2.2)

 

де - напруга у вимірювальній діагоналі моста,

- напруга на виході звукового генератора.

 

Порядок виконання роботи

1) Виконати під’єднання вимірювального перетворювача нахилу згідно зі схемою електричної принципової (рис.2.10). Ка­бель живлення 3 (рис. 2.8) під’єднується до виходу звуко­вого генератора (точки 5 і 6), сигнальний кабель 4 під’єдну­ється до затискачів цифрового вольтметра (точки 1 і 3).

2) За допомогою механізму переміщення 6 встановити рухому опору 5 в положення максимально наближене до гори­зонту.

3) Увімкнути живлення звукового генератора і вивести амплітуду його вихідного сигналу на максимальний рівень.

4) За допомогою механізму переміщення здійснювати зміну кута нахилу опорної плити 5 на якій закріплений елек­тролітичний вимірювальний перетворювач нахилу 1 і механіч­ний кутомір 2. Переміщення здійснювати до обмежувача. Через кожні 0,5° фіксувати значення кута нахилу по меха­нічному кутоміру і напруги у вимірювальній діагоналі моста Уітсона. Значення кутового переміщення і напруги занести у табл. 2.1. Знімати значення напруги через 2 с витримки після переміщення, з метою встановлення стабільного рівня елек­тропровідної рідини в ємності вимірювального перетворю­вача.

5) На основі отриманих результатів (табл. 2.1) побуду­вати графічну залежність вихідної напруги від кута нахи­лу для вимірювального перетворювача нахилу (графічне зо­браження передавальної функції).

6) Аналогічно до лабораторної роботи № 1 визначити не­лінійність передавальної функції вимірювального перетво­рю­вача нахилу і визначити зону максимальної чутливості вимі­рювального перетворювача нахилу.

Таблиця 2.1 – Результати зміни вихідної напруги від куто­вого переміщення для електролітич­ного вимірювального перетворювача нахилу

 

№ досліду	Кутове перемі-щення , °	Напруга , В	№ досліду	Кутове перемі-щення , °	Напруга , В
1			..
2			..
..			..
..			N

 

7) Виходячи з отриманих результатів сформулювати вис­новки до лабораторної роботи, щодо дослідження вимірю­вального перетворювача переміщення.

 

запитання до самоконтролю

2.1) Для чого застосовують вимірювальні перетворю­вачі нахилу?

2.2) Для чого застосовуєть геодезичний моніторинг?

2.3) Що таке інклінометр і яке призначення даного при­ладу?

2.4) Який принцип дії і конструкція одноосьових елек­тролітичних вимірювальних перетворювачів нахилу?

2.5) Який принцип дії і конструкція двоосьових елек­тро­літичних вимірювальних перетворювачів нахилу?

2.6) Яким чином зміна міжелектроного опору, який по­в’я­заний з кутом нахилу, перетворюється в електричний сиг­нал?

2.7) Який принцип дії вимірювального моста Уітсона змінного струму і яке його застосування для електролітичних вимірювальних перетворювачів нахилу?

 

 

Лабораторна робота № 3

Тривалість: 2 год.

Рисунок 3.1 – Схема електрична принципова двохкаскадного лабораторного електронного підсилювача

 

 

 

а)

б)

а) зовнішній вигляд; б) внутрішня будова

Рисунок 3.2 – Інтегральний операційний підсилювач LM358

Коефіцієт підсилення по напрузі для підсилювача зобра­жено на рис. 3.1 складає:

. (3.1)

 

Відповідно загальний коефіцієнт підсилення є добутком коефіцієнтів підсилення каскаду № 1 і каскаду № 2 (рис. 3.1).

 

, (3.2)

 

, . (3.3)

 

Резистори і , які встановлені у ЛЗЗ кожного з каскадів підсилення, є змінними, за допомогою цих резисторів вста­новлюється необхідний коефіцієнт підсилення.

Оскільки значення коефіцієнта підсилення може зміню­ватись у широких межах, то доречно його подавати в деци­белах (дБ):

(дБ). (3.4)

 

Як джерело вхідного сигналу для лабораторного елек­тронного підсилювача використовується електричний сигнал з вимірювального перетворювача переміщення (будова якого детально розглянута у лабораторній роботі № 1), який вбудо­ваний в модель системи гідростатичного нівелювання (рис. 3.3). Давач Холла в даному вимірювальному перетво­рювачі переміщення використовується без підсилювача.

Гідростатичне нівелювання - це високоточне нівелюван­ня, що засноване на принципі сполучених посудин, і застосо­вується в основному під час монтажу устатковання, виві­рянні горизонтальності різних виробничих площин, спосте­реженнях за осіданням споруд та інших аналогічних роботах.

 

 

1- рухома водомірна ємність; 2 - механізм переміщення;

3- нерухома водомірна ємність; 4- поплавок з магнітом;

5 - давач Холла; 6- з’єднувальний кабель;

7- з’єднувальна трубка; 8 -станина

Рисунок 3.3 – Лабораторний макет системи гідростатичного нівелювання з електронним вимірювальним перетворювачем переміщення

 

 

Гідростатичний нівелір, що називається гідростатичним рівнем, складається з двох вимірювальних головок – резервуа­рів, сполучених між собою водяним шлангом. Стаціонарна гідростатична система геодезичного моніторингу (рис. 3.4) містить: водомірні ємності, жорстко закріплені на фундаменті або конструкції споруди; компенсаційний резервуар з кон­тро­льною водомірною ємністю, які встановлені в стороні від гідростатичної системи на фундаменті (підставці), що немає осідання; з’єднувальну трубку, що з’єднує всі водомірні єм­ності і компенсаційний резервуар між собою.

 

Рисунок 3.4 – Стаціонарна гідростатична система геодезичного моніторингу

 

Під час проведення спостережень компенсаційний резер­вуар служить опорним репером. В кожному циклі вимірювань спостерігають за рівнем рідини у водомірних ємностях. Від­мінність рівня рідини на кожній водомірній ємності від рівня рідини за контрольною водомірною ємністю і є пере­вищенням (осіданням) точок, на яких закріплені водомірні ємності. Точність визначення осідання за допомогою гідроста­тичною системи коливається в межах від 0,3 до 1 мм. Для дистан­ційного контролю за рівнем рідини в кожній з водо­мірних ємностей вбудовується електронний вимірювальний перетво­рювач переміщення, електричні сигнали з яких лінією зв’язку передаються в диспетчерську для спостереження і реєстрації. Значною перевагою системи яка зображена на рис. 3.4, є вико­ристання тільки одного опорного репера.

 

Порядок виконання роботи

1) Під керівництвом викладача виконати під’єднання ви­мірювального перетворювача переміщення лабораторного ма­кету системи гідростатичного нівелювання до лабораторного електронного підсилювача.

2) За допомогою механізму переміщення 2 (рис. 3.3) пе­ремістити рухому водомірну ємність 1 у крайнє верхнє поло­ження за шкалою механізму переміщення.

3) Подати живлення на електронний лабораторний макет.