Л.В.ПІГАЛІЦИН,
школа № 2, м Дзержинськ, Нижегородська обл.
школа № 2, м Дзержинськ, Нижегородська обл.
1. Віртуальні прилади на уроках фізики (закінчення)
1. Програма «Вимірювач ємності конденсаторів» дозволяє перетворити ваш комп'ютер c операційними системами MS-DOS. Windows 95/98 в прилад. Принцип його роботи заснований на вимірюванні часу зарядки конденсатора. Час зарядки-розрядки конденсатора досить стабільно, і його можна вважати прямо пропорційним ємності конденсатора. Це час можна виміряти, використовуючи таймер комп'ютера. З цією метою конденсатор підключають до одного з портів комп'ютера - GAME. LPT. COM або USB. У запропонованій програмі конденсатор підключається до двох висновків вільного СОМ-порту: як «плюсового» щупа використовується контакт 7, а в якості «мінусового» - контакт 1.
Прилад дозволяє вимірювати ємності конденсаторів до 10 000 мФ. Нижня межа вимірювання залежить від швидкодії комп'ютера і лежить в межах від 150 до 500 пФ. Прилад має два ступені ручного калібрування: 0,1% і 0,01% від ємності, підключеної до вимірника, а також ручний і автоматичний вибір меж вимірювання.
Правила роботи з приладом.
- перед підключенням конденсатора розрядите його (замкнувши висновки);
- вимірюйте електролітичні конденсатори з робочою напругою не нижче 20 В;
- при вимірюванні ємності електролітичних конденсаторів дочекайтеся хоча б трьох циклів вимірювання. Бажано також відкалібрувати прилад за допомогою зразкового електролітичного конденсатора ємністю близько 20 мФ;
- якщо ви калібрували прилад електролітичним конденсатором, не забудьте перед виміром неелектролітіческіх конденсаторів відкалібрувати прилад конденсатором відповідного типу.
Після розпакування завантаженого пакету Izm_Emk.zip в папці Izm_Emk будуть перебувати три файли: IZM_EMK.EXE, EGAVGA.BGI і KEYUKR_V.EXE. Ці файли не видаляйте, тому що без них програма працювати не буде. В процесі роботи програма створює свій службовий файл CONST.KOR.
Програма працює в будь-якій операційній системі, крім Linux. Однак для отримання стабільних результатів вимірювання бажано запускати програму в середовищі MS-DOS і калібрувати прилад перед кожним вимірюванням термостабільним конденсатором відомої ємності (бажано близько 100 нФ).
Реалізований в приладі метод вимірювання, таким чином, можна визначити як метод амперметра-вольтметра для комплексної ланцюга. Для роботи з приладом вам знадобиться нескладне зовнішній пристрій - штеккер для підключення до звукової карти, схема якого наведена на малюнку. Опір резистора бажано попередньо точно виміряти, наприклад, цифровим тестером. Вхідний кабель зробіть з екранованого проводу, підключіть його до лінійного входу звукової карти. Встановіть на панелі «Гучність» - для лінійного входу «Викл.» По виходу і «Вибрати» по входу.
Налаштування вимірювача складається з двох операцій.
1. Вимкніть Сх. натисніть кнопку «0». При цьому програма «запам'ятає» початкову ємність підвідних проводів і гнізд.
2. Заблокуйте гнізда Сх перемичкою, натисніть кнопку «U». В відкрилося вікно введіть 1000 (мВ). Програма запам'ятовує всі установки і налаштування і відновлює їх при наступному включенні.
3. Вимірювання електричного опору, ємності, індуктивності. Все це робить програма «MultiMeter», використовуючи вельми оригінальний спосіб. В якості вимірювального перетворювача «MultiMeter» використовується звичайна звукова карта. Принцип дії простий. Так як звукова карта не є повноцінним АЦП, то, добре відчуваючи форму сигналу, вона абсолютно не пристосована для визначення його амплітуди (прямим шляхом, звичайно). Але виявилося, що це обмеження можна обійти, порівнюючи рівні двох незалежних сигналів. Генерований сигнал змінного струму з лінійного виходу надходить на лінійний вхід. За одного ланцюга сигнал з лінійного виходу йде безпосередньо, без будь-якого опору на лівий лінійний вхід звукової карти, - це еталонний сигнал. За іншою ланцюга той же вихідний сигнал надходить на правий лінійний вхід, але вже через вимірюваний елемент.
Так само вводиться додатковий резистор Rдоб. який встановлюється зовні корпусу системного блоку і приєднується одним кінцем на корпус. Зрозуміло, що рівень сигналу з правого лінійного входу, що пройшов через резистор, буде менше, ніж з лівого. Програма вимірює співвідношення рівнів сигналів з лівого і правого входів і по ньому обчислює активний опір для звичайного резистора. Для реактивного навантаження ємності і індуктивності алгоритм дещо ускладнюється, використовуються дві частоти, крім ослаблення сигналу також враховується зрушення фаз. Ємність конденсаторів і індуктивність дроселів визначається шляхом рішення системи з двох рівнянь. Для під'єднання до роз'ємів звукової карти знадобляться два Штеккер, розводка яких показана вище.
Програма «MultiMeter» складається з одного виконуваного файлу (212 кб) і не вимагає інсталяції, її інтерфейс простий і зрозумілий. Зліва в області «Work Mode» задаються режими калибровок і вимірювань. Спочатку програма калибруется: в режимі «Calibrating Short» запускається з замкнутої накоротко вимірювальної ланцюгом - між точками А і В немає резистора. При цьому потрібно почекати деякий час, поки у вікні Err встановиться найменше значення. Таким же способом калібрування проробляється в режимі «Calibrating Open», але вже при розімкнутої вимірювального ланцюга. Режим «Measure 1st mtd» використовується для вимірювання опору резисторів. У положенні «Measure 2nd mtd» вимірюється ємність або індуктивність.
У лівих верхніх вікнах користувачем задаються значення опору встановленого додаткового резистора Rдоб (Rserial) і генеруються для вимірювання частот. Ці параметри можуть бути різними для різних режимів і вимірюваних величин, що буде уточнено нижче. У лівих нижніх вікнах виводяться числові значення для вимірюваних величин: опір (ом), ємність (микрофарад), індуктивність (міллігенрі). Теоретично кожен електричний елемент може мати помітними величинами одночасно опору, ємності й індуктивності, що і буде відображатися у всіх трьох вікнах програми. Однак дійсним буде тільки те значення, яке відповідає роду вимірюваної величини.
• При вимірюванні ємності конденс аторов номіналом 1-10 нФ рекомендується Rдоб = 100 Ом і частоти 100/1000 Гц. Для вимірювання конденсаторів великих номіналів рекомендується зменшувати частоти і опір Rдоб (до 20 Ом).
• Для вимірювання резисторів номіналом від 1 Ом до 10 кОм рекомендується Rдоб = 20 Ом, до 150 кОм - Rдоб = 100 Ом, а до 500 кОм - Rдоб = 300 Ом. Частоти не обмовляються.
• Рівень сигналу на лінійному вході і виході в мікшері Windows рекомендується поставити на середину, але не вище 3/4.
• Індуктивність котушок можна досить точно вимірювати в діапазоні від 4 мкГн до 120 мГн (Rдоб = 20 Ом, частоти 700/1000 Гц).
4. Вимірювання частоти. Ось дійшла черга і до цифрового частотоміра, також реалізованого програмним шляхом. Його частотний діапазон визначається частотою дискретизації 44,1 кГц. Інтерфейс цього частотоміра відрізняється приємним виглядом і невеликими розмірами. Навіть цифри тут стилізовані під свідчення сегментних індикаторів, з їх великими розмірами, характерним нахилом і яскравістю.
Прилад відрізняється досить високою точністю показань, добре сприймає імпульсний сигнал з імпульсами прямокутної форми, при синусоїдальній сигналі бажано, щоб амплітуда на вході була не нижче 0,5 В.
Під цифровим табло знаходяться регулятори періоду перерахунку «Timer», який може змінюватися в досить-таки великих межах, і установка синхронізації «Trigger», де можна вибрати автоматичний або ручний режим. Справа знаходиться блок кнопок під назвою «Hysteresis», про їхній зміст можна судити на практичних прикладах: при включенні на «0» на свідченнях частотоміра починають позначатися наведення в провід ах, що проявляється навіть у відсутність вхідного сигналу, але при включенні подальших значень ситуація виправляється . Таким чином, цей блок відповідає за чутливість по вхідному каналу. Прилад, частоту якого необхідно виміряти, підключається до лінійного входу звукової карти.