Педагогические науки/1. Дистанционное образование

Шапран А. И., Циделко В.Д., Бурченков Г.К., Затока С.А.

Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт», Украина

Виртуальный лабораторный стенд для испытания магнитомягких материалов с использованием компенсатора переменного тока

Постановка задачи

При использовании дистанционных форм обучения в технических дисциплинах возникают сложности, связанные с необходимостью изучения принципа действия тех или иных приборов, устройств и процессов на реальных физических приборах и макетах. Доступ к ним у обучающихся может отсутствовать. Поэтому необходимо создание виртуальных приборов и устройств, функциональность которых в рамках поставленной задачи приближалась бы к реальным.

Поставленную задачу целесообразно решить с использованием пакета LabView т.к. он позволяет с легкостью создать внешний вид интересуемого прибора и реализовать его правильную и точную работу с помощью уже готовых вычислительных блоков.

Описание решения

Лабораторный стенд представляет собой виртуальную модель лабораторной работы на компьютере. Стенд состоит из 4 закладок: варианты, опыт, порядок выполнения, схема измерения.

Закладка «Варианты» представлена на рисунке 1.

Эта закладка состоит и кнопок выбора варианта, и полей для отображения значений.

В данной закладке пользователь имеет возможность выбрать вариант путем нажатия соответствующей кнопки для того, что бы на экране отобразились исходные данные.

Рисунок 1 – Закладка «Варианты».

1. Кнопки выбора варианта. 2. Поля отображения значений.

Поля для отображения значений имеют 13 составляющих: номер варианта, номер используемого образца, количество витков первичной обмотки, количество витков вторичной обмотки, внутренний и наружный диаметр образца, высота образца, значения напряженности основной кривой намагничивания, угол потерь, частота, значение образцового сопротивления, значение сопротивления на первичной обмотке, значение индукции.

На рисунке 2 представлена закладка «Опыт».

Данная закладка состоит из моделей приборов – нуль-индикатора, компенсатора переменного тока, двух амперметров, двух регуляторов тока, регулятора частоты и частотомера, полей для ввода значений.

Рисунок 2 – Передняя панель закладки «Опыт»

1 – Нуль-индикатор. 2 – Регулятор рабочего тока. 3 – Амперметр рабочего тока. 4 – Регулятор частоты. 5 – Регулятор тока. 6 – Амперметр. 7 – Частотомер. 8 – Переключатель для выбора режима. 9 – Сопротивление R0. 10 – Образец. 11 – Компенсатор переменного тока. 12 – Поля для ввода значений.

Нуль-индикатор состоит из цифрового индикатора для отображения результата уравновешивания, аналогового индикатора для наглядности уравновешивания, ручки регулировки чувствительности, индикатора питания, ручки включения/выключения питания.

Для того, чтобы включить прибор нужно ручку включения питания поднять вверх, при этом загорится красным светом индикатор питания. После чего имеется возможность регулировать чувствительность прибора путем перемещения соответствующей ручки вправо. Можно установить чувствительность х1, х10, х100.

Регулятор рабочего тока состоит из ручки выбора тока, ручки включения/выключения питания, индикатора питания..

Аналогично работает регулятор тока, только значения тока устанавливается путем набора с клавиатуры и нажатия клавиши Enter.

Амперметры отображают значения выбранного тока.

Регулятором частоты можно выставить частоту в сети согласно варианту, которая тут же отобразится на частотомере. Для выбора частоты нужно нажать на стрелку вверх либо вниз. Частота регулируется в диапазоне от 50 до 100 Гц.

Компенсатор переменного тока состоит из делителя напряжения, регулятора частоты, регулятора полярности по Ux, регулятора входа, регулятора чувствительности Ux, регуляторов Ux, регуляторов Uy, регулятора частоты, регулятора полярности Uy, регулятора чувствительности Uy.

Для уравновешивания нужно поочередно крутить ручки Ux и Uy, до минимального приближения к нулю на нуль-индикаторе.

Поля для ввода значений состоят из 7 полей: поле для ввода индукции, поле для ввода сопротивления образца, поле для ввода наружного диаметра образца, поле для ввода внутреннего диаметра образца, поле для ввода высоты образца, поле для ввода количества витков первичной обмотки, поле для ввода количества витков вторичной обмотки.

Также на закладке «Опыт» нарисован образец, с показанными первичной и вторичной обмоткой, сопротивление R0, переключатель для выбора режима. При выборе «Режим 1» проводится измерение падения напряжения на резисторе R0, при выборе «Режим 2» измеряется падение напряжения на вторичной обмотке.

Внутренняя блок-схема опыта представлена на рисунке 3.

На рисунке 4 представлена закладка «Порядок выполнения», которая состоит из окна с порядком выполнения лабораторной работы.

Рисунок 3 – Внутренняя схема закладки «Опыт».

1 – Схема управления Uy. 2 – Схема управления Ux. 3 – Схема для выбора режима. 4 – Схема регулировки частоты и частотомера. 5 – Схема алгоритма работы компенсатора. 6 – Схема нуль-индикатора.

Рисунок 4 – Закладка «Порядок выполнения»

Внешний вид закладки «Схема эксперимента» представлен на рисунке 5

Рисунок 5 – Закладка «Схема эксперимента».

Используемое оборудование и ПО

Для разработки учебного стенда использовалась версия 7.1 пакета LabVIEW. Разработанный стенд рассчитан на работу на мониторе 17” и выше (1024х768 точек).

Внедрение и развитие решения

Внедрение виртуального макета будет реализовано в дистанционном курсе «Методы и средства измерения» кафедры информационно-измерительной техники НТУУ «КПИ», размещенного на информационных ресурсах Украинского института информационных технологий в образовании в рамках проекта дистанционного образования по бакалаврскому направлению «Метрология и измерительная техника».

Литература:

1. Основи метрології та вимірювальної техніки: Підручник: У 2 т./ М. Дорожовець, В. Мотало, Б. Стадник, В. Василюк, Р. Борюк, А. Ковальчик; За ред. Б. Стадника.-Львів: Видавництво Національного університету “Львівська політехніка”, 2005.

2. Л.И. Пейч, Д.А. Точилин, Б.П. Поллак. LabVIEW для новичков и специалистов. Москва: Горячая линия – Телеком, 2004. 384 с.

3. А. Я. Суранов "LabVIEW 7: справочник по функциям", Москва, "ДМК Пресс", 2005г.